Пермь, Пермский край, Россия
сотрудник
Пермь, Пермский край, Россия
Пермь, Пермский край, Россия
ГРНТИ 50.43 Системы автоматического управления, регулирования и контроля
Предложена методика оценки технологических возможностей глобоидного зубохонингования эвольвентных профилей. Проведена оценка точности процесса по выбранным параметрам измерений и статистическая обработка результатов измерений по параметрам: изменение длины общей нормали, радиальное биение. Проведена экспериментальная проверка по определению влияния условий обработки на шероховатость обработанных зубчатых поверхностей.
точность профиля, параметры точности, шероховатость, условия обработки
Введение
Кинематика исследуемого процесса глобоидного зубохонингования отличается от кинематики известных способов зубохонингования. Предложенный способ осуществляется как при кинематическом, так и при свободном обкате инструмента и детали при радиальной схеме нагружения. При этом скорости резания и направление вращения инструмента совпадают, а само резание осуществляется при малых частотах вращения. Поэтому нельзя перенести результаты известных работ по исследованию технологических характеристик зубохонингования на новый процесс [1 – 6].
Кроме того, до настоящего времени практически отсутствуют работы посвящённые исследованию технологических характеристик зубохонингования червячными хонами, тем более глобоидными червячными хонами на упругой связке [7, 8].
Из сказанного очевидна необходимость исследования закономерность изменения технологических параметров процесса глобоидного зубохонингования, а также разработки математических зависимостей позволяющих прогнозировать эти параметры [9, 10].
Методика исследования
Качество поверхностного слоя, формирующегося в процессе глобоидного зубохонингования, оценивалось по шероховатости рабочих поверхностей. Низкие температурные характеристики процесса зубохонингования, обусловленные соответствующими режимами обработки, делают не целесообразным исследование упрочняющих и остаточных напряжений в поверхностном слое рабочих поверхностей зубьев.
Процесс глобоидного зубохонингования характеризуется образованием сетки на рабочих поверхностях зубьев. Поэтому шероховатость зубчатых деталей должна оцениваться в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Однако трудности измерения шероховатости зубчатых деталей, особенно сложнопрофильных, в поперечном направлении заставляют воспользоваться рекомендациями о контроле шероховатости рабочих поверхностей зубчатых колёс в направлении удобном для измерения, и ограничиться измерениями шероховатости в продольном (вдоль образующей профиля) направлении. Оценки шероховатости проводились по параметру Ra. Сравнительные измерения шероховатости в продольном и поперечном направлении показали, что шероховатость в поперечном направлении в 1,5 раза больше, чем в продольном. Измерение шероховатости проводилось на профилометре-профилографе модели 201.
Помимо оценки шероховатости рабочих поверхностей зубьев осуществлялся контроль точности процесса глобоидного зубохонингования. Для этого до и после зубохонингования измерялись следующие параметры зубчатого венца:
‒ длина общей нормали W – с помощью нормалеметра НЦ-1;
‒ погрешность профиля зуба ffr – на эвольвентометре КЭУ СМА;
‒ радиальное биение Frr – на биенометре Б10М.
Для проведения экспериментов по определению изменения шероховатости при изменении режимов обработки использовались эвольвентные зубчатые шестерни со шлифованным венцом и исходной шероховатостью поверхности Raпрод = 0,32 мкм с характеристиками: m = 5,5 мм; z = 17; αд = 20°.
Глобоидное зубохонингование производилось инструментами на упругой каучукосодержащей связке на станке 5Д32 при кинематическом обкатывании с использованием СОЖ состава: керосин + 15 % масло «Индустриальное-20»
Технологические характеристики глобоидного зубохонингования оценивались следующими параметрами: съём в направлении длины общей нормали и удельный расход абразива.
Исследование качества поверхности при глобоидном зубохонингованиии и характеристик процесса производилось в зависимости от режимов обработки с применением математического планирования эксперимента и последующей статистической обработки результатов эксперимента. В качестве переменных факторов были выбраны следующие: материалы образцов: сталь 45 (200…220 HB) и сталь 12ХН3А цементированная (58…62 HRC); скорость зубохонигования v в пределах 0,5…1,5 м/с; величина радиального смещения t в пределах 0,3…0,7 мм; осевая подача (вдоль оси детали) s в пределах 1,0…3,0 мм/об.
При выполнении плана эксперимента исследовались изменения шероховатости, съёма материала и удельного расхода абразива при изменении режимов обработки в указанных пределах.
Оценка точности обработки
Результаты контроля точности процесса глобоидного зубохонингования подвергались статистической обработке [11, 12].
Сравнение распределений измерений длины общей нормали W до и после зубохонингования 51-го образца при различных параметрах эксперимента показали, что процесс зубообработки влияет на её абсолютную величину (табл. 1) т.к. величина расчётного значения критерия Стьюдента tpасч больше табличного .
Табл. 1.
Изменение длины общей нормали объясняется значительными съёмами материала с рабочих поверхностей зубьев. Уменьшение длины общей нормали не приводит к уменьшению рассеяния её размеров (рис. 1), о чём также свидетельствует несущественное различие Fрасч и . Следовательно, точность зубчатых венцов по параметру W после зубохонингования остаётся такой же, как после предшествующей обработки шлифованием.
Рис. 1.
Исследование радиального биения зубчатого венца Frr позволило установить неизменность этого параметра после глобоидного зубохонингования.
Сравнение распределений измерений погрешностей профиля зуба ffr производилось после шлифования и последующего зубохонингования при расчётных параметрах установки инструмента. Глобоидное зубохонингование при расчётных установках инструмента практически не влияет на профиль зубчатых деталей, т.к. средние значения величин погрешностей профиля остаются неизменными (табл. 2, рис. 2).
Таблица 2.
Рис. 2.
Неизменность точностных параметров до и после зубохонингования позволяет сделать вывод о том, что процесс глобоидного зубохонингования сохраняет параметры точности зубчатого венца, полученные на предыдущей операции шлифования.
Значительные съёмы, сопровождающие процесс глобоидного абразивного зубохонингования, подтверждают гипотезу о возможности управления процессом формообразования рабочего профиля с помощью параметров установки глобоидного инструмента.
Зависимость шероховатости рабочих поверхностей
эвольвенты от условий обработки
Многочисленные измерения шероховатости вдоль эвольвентных профилей зубьев показали, что шероховатость практически одинакова во всех точках профиля, что объясняется стабильностью условий резания в зоне обработки и кратностью нагружения.
Исследование позволили установить, что материал детали, вид химико-термической обработки, материал и зернистость абразива оказывают существенное влияние на величину и характер изменения шероховатости.
Диаграммы, представленные на рис. 1, позволяют провести анализ влияния свойств обрабатываемого материала характеристик и материала инструмента на шероховатость рабочих поверхностей зубчатых колёс при неизменных режимах обработки.
Рис. 3.
Свойства и химико-термическое состояние материалов оказывают значительное влияние на шероховатость поверхности при равных условиях обработки. Шероховатость стали 45 (200…220 НВ) достигает Ra 0,4 мкм. При хонинговании зубчатых деталей из стали 12ХН3А цементированной (59...62 HRC) Ra ͌ 0,1 мкм.
Материал и величина зёрен влияют на шероховатость традиционным образом: с увеличением размеров зёрен шероховатость увеличивается за счёт снижения количества зёрен, приходящихся на единицу обрабатываемой поверхности. Съёмы при работе инструментом АС2 80/63 Р18 50 % очень незначительные (в пределах шероховатости), при этом шероховатость поверхности может снижаться значительно и достигает значений Ra 0,07 мкм.
В результате реализации некомпозиционного плана второго порядка с целью получения интерполяционных моделей, описывающих зависимость шероховатости рабочих поверхностей от режимов обработки (скорости резания v, рабочей подачи s и радиального смещения t), а также на основании результатов дисперсионного и регрессионного анализа установлено, что режимы обработки, изменяемые в заданном диапазоне, не влияют на шероховатость обработанных поверхностей.
Анализ результатов исследований показал, что имеет место некоторое колебание шероховатости в пределах дисперсии, однако величина этих изменении в зависимости от режимов обработки не даёт основания для построения интерполяционной модели. Такое поведение шероховатости объясняется тем, что упругая каучукосодержащая связка при радиальном нагружении позволяет получать вместо лини контакта площадку контакта, которая делает шероховатость нечувствительной к изменению продольной подачи.
Выводы
При глобоидном зубохонингования даже при значительных съёмах точность зубчатых колёс остаётся неизменной.
Шероховатость поверхности при глобоидном зубохонинговании абразивом на органических каучукосодержащих связках зависит от свойств и состояния обрабатываемого материала, марки и зернистости абразива. При этом режимы резания в исследуемом диапазоне на шероховатость поверхности не влияют.
1. Резников, А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. - М.: Машиностроение, 1981. - С. 279.
2. Сторчак, М.Г., Севастьяненко, Г.Н. Возможности по-вышения износостойкости зубчатых колес алмазным зубохо-нингованием // Теория и практика создания, испытания и экс-плуатации триботехнических систем: сб. науч. тр. - Москва, 1986. - С. 84-86.
3. Сторчак, М.Г., Севастьяненко, Г.Н. Повышение эф-фективности отделочной обработки зубчатых колес многозубыми инструментами // Теория реальных передач зацеплением: сб. науч. тр. - Курган, 1988. - С. 86-87.
4. Калашников, С.Н., Калашников, А.С. Зубчатые колеса и их изготовление. - М.: Машиностроение, 1983. -264 с.
5. Фрадкин, Е.И. Погрешности зубообработки, вызванные неточной настройкой гитары деления зубообраба тывающих станков // Вестник машиностроения. - 1998. - №6. - С. 264.
6. Грибанов, В.М. Аналитическая теория реальных зацеплений и ее применение к исследованию зубчатых передач Но-викова // Снижение металлоемкости зубчатых передач и ре-дукторов: Тез. докл. научн.-техн. конф. - Свердловск, - 1984. - С. 33.
7. Спирин, В.А., Макаров, В.Ф., Халтурин, О.А. Глобо-идное зубохонингование эвольвентных профилей // Наукоёмкие технологии в машиностроении - 2019. - №5(95). - С.19-23.
8. Спирин, В.А., Макаров, В.Ф., Халтурин, О.А. Износ абразивного слоя при глобоидном зубохонинговании // Наукоёмкие технологии в машиностроении. - 2019. - №6(96). - С. 45-48.
9. Булгаков, Э.Б. Теория зубчатых передач. - М.: Машиностроение, 1995. - 320 с.
10. Цепков, А.В., Спирин, В.А. Серебренник, Ю.Б. Фи-нишная обработка роторов винтовых забойных двигателей // Тез. докл. зональной НТК «Пути повышения производительности и качества механообработки деталей на машиностроительных предприятиях Урала». - Свердловск, - 1984. - С. 74-75.
11. Красовский, Г.И., Филаретов, Г.Ф. Планирование эксперимента. - Минск: Изд-во БГУ, 1982. - С. 302.
12. Лоусон, Ч. Численное решение задач метода наименьших квадратов: пер. с англ. / Ч. Лоусон, Р. Хенсон. - М.: Наука, 1986. - 230 с.
