Материалы и способы получения заготовок деталей

Конструктивная характеристика деталей и технические

Условия на их изготовление

Детали зубчатых и червячных передач служат для передачи крутящего момента от одного вала к другому с параллельными и перекрещивающимися осями этих валов.

Конструкция этих деталей непосредственно связана с их служебным назначением.

 

 

 

 

Рисунок 1 – Основные типы зубчатых колес

 

Детали зубчатых и червячных передач должны изготовляться с соблюдением определенных технических требований:

1. Точность базового отверстия до нарезания зубьев – 7 IT, а для прецизионных ЗК – 5 – 6 степени точности по 5 – 6 IT с шероховатостью Ra = 0,3... 0,6 мкм.

2. Допуски на изготовление ЗК задают в зависимости от степени точности ЗК по ГОСТ 1643 - 81

3. Допуск на радиальное биение зубчатого венца F_r колеса устанавливается в зависимости от степени точности, делительного диаметра и модуля ЗК (m = 3,5 – 6, Ø 50 – 125 мм, биение – 0,019 мм для 5-й степени точности, для 6-й – 0,03 мм, для 7-й – 0,042 мм, для 8-й – 0,053 мм и т.д.)

4. Допуск на накопленную погрешность шага F_p по зубчатому колесу с диаметром делительной окружности 80 – 20 мм и модулем 1 – 6 мм для 5-й степени точности – 0,022 мм, для 6-й – 0,034 мм, для 7-й – 0,048 мм, для 8-й – 0,067 мм.

5. Обеспечение перпендикулярности торца к оси отверстия (по таблицам в зависимости от Ø и степени точности)

6. Биение окружности выступов для колёс диаметром 50 – 200 мм не более 0,015…0,030 мм для 6 – 7 степени точности

7. Биение по торцам колес перед окончательным шлифованием зубьев для 5-й степени точности – не более 0,003 мм, для 6-й – 0,005 мм.

8. По шероховатости боковая поверхность зубьев колес должна изготавливаться с Ra = 0,6... 1,2 мкм, червяков – Ra = 0,2... 0,4 мкм.

Наибольшее распространение получили зубчатые колеса 5... 8-й степеней точности, для которых рекомендуется частота вращения 2,5... 40 м/с.

Зависимость степени точности, параметра шероховатости Ra, частоты вращения и величины пятна контакта зуба (h и /) показана в таблице

 

Частота вращения, м/с	Степень точности	Ra, мкм	Пятно контакта, %, не менее
по высоте h	по длине l
До 2,5		1.6 – 0,8
2,5—6	7 – 8	0,8 – 0,4	45 – 40	50 – 60
6 – 16	6 – 7	0,8 – 0,4	45 – 50	60 – 70
16 – 40	5 —6	0,4 —0,2	50 – 55	70 – 80

 

Рисунок 2 – Пятно контакта при бочкообразной форме зуба

 

При изготовлении зубчатых колес высокой степени точности важно обеспечить заданное отклонение от перпендикулярности торца зубчатого колеса к оси его центрального отверстия до зубонарезания.

Требования по торцовому биению заготовки зубчатого колеса, мкм, обработанной до зубонарезания см. таблицу ниже.

 

Степень точности колеса	Радиус колеса, мм
R 50	R 100	R 150	R 200

 

Материалы и способы получения заготовок деталей

зубчатых и червячных передач

В зависимости от служебного назначения цилиндрические зубчатые колеса изготавливают из конструкционных углеродистых и легированных сталей, серого чугуна, бронзы и синтетических материалов (текстолит, нейлон).

В качестве заготовок зубчатых колес служат: горячекатанный прокат, поковки, отливки (реже) для крупногабаритных и тихоходных ЗК.

Конические зубчатые колеса изготавливают из углеродистых сталей (40, 45, 15, 20), легированных (40Х, 20Х) и хромоникелевых сталей.

В качестве заготовок, в зависимости от программы выпуска, применяют поковку или круглый прокат. В массовом и крупносерийном производстве поковки выполняют с зубьями методом штамповки. Применяют также заготовки с горячей накаткой зубьев.

Для неответственных передач и при v < 2 м/с используют чугун СЧ21 и СЧ15.

В качестве заготовок червячных колес используют отливки и прокат. В крупносерийном и массовом производствах применяют литье под давлением, литье в кокиль, оболочковые формы. Для составных колес небольшого размера применяют биметаллические заготовки (отливки). Сущность процесса получения таких заготовок заключается в том, что предварительно отлитую ступицу устанавливают в форму и на нее центробежным способом заливают венец. При изготовлении особо крупных колес заготовки отливают с предварительно формованными зубьями.

Червяки изготавливают из углеродистых сталей 40, 45 и легированных сталей 40Х, 40ХН, 15Х, 15ХА, 20Х, 20ХНВА, 20ХВ.

Глобоидные червяки изготавливают из сталей марок 35ХМА, ЗЗХГН.

В качестве заготовок для червяков в крупносерийном и массовом производстве используют поковку, а в мелкосерийном и единичном – прокат.

 

Обработка отверстий

Обрабатывать отверстия можно: сверлением, зенкерованием, развертыванием, растачиванием, протягиванием, шлифованием, хонингованием, суперфинишированием, притиркой, калиброванием и раскатыванием.

Сверление используется для образования отверстий в сплошном металле. Отверстия диаметром больше 30 мм в сплошном материале сверлят двумя сверлами, т.е. производят сверление и рассверливание.

Для сверления глубоких отверстий применяют пушечные сверла. Для больших диаметров целесообразно использовать кольцевые.

Сверление и рассверливание позволяет получить 11-12 квалитет и Rа = 25... 12,5 мкм.

Зенкерование применяют при изготовлении отверстий по 8 - 10 квалитету точности и Ra = 1,6... 3,2 мкм после сверления.

Отлитые или штампованные отверстия обычно обрабатываются сразу черновым зенкером, который позволяет получить 9-11 квалитет и Rа = 6,3... 12,5 мкм.

При одновременной обработке нескольких отверстий d > 30 мм, находящихся на одной оси в серийном и крупносерийном производствах, применяют оправки с насадными зенкерами.

В крупносерийном и массовом производстве широко применяются комбинированные зенкеры, обрабатывающие одновременно отверстие, торец и фаску, а также комбинированные инструменты: сверло - зенкер.

Развертывание применяют при необходимости получения точности отверстий до 4 - 5 квалитета и шероховатости Ra = 0,2 мкм, причем черновое развертывание позволяет получить: 8-9 квалитеты точности и Ra = 1,2... 2,0, чистовое развертывание: 6 – 7 квалитеты точности и Ra = 0,6... 1,2 и тонкое развертывание 4 – 5 квалитет и Ra = 0,3... 0,6 мкм.

В крупносерийном и массовом производстве часто применяют комбинированные инструменты: сверло - развертка или сверло - зенкер - развертка.

Сверление, зенкерование и развертывание отверстий обычно производится на токарных, сверлильных или токарно-револьверных станках.

В единичном, мелкосерийном и серийном производстве используют вертикально-сверлильные или радиально-сверлильные станки. Причем для быстрой смены режущих инструментов на этих станках применяют быстросменные патроны. В мелкосерийном и серийном - станки с ЧПУ. В крупносерийном - агрегатные, в массовом - автоматы и полуавтоматы.

Тонкое или алмазное растачивание применяют зачастую для окончательной обработки отверстий, которое проводится на следующих режимах:

- скорость резания для чугуна 120... 150 м/мин,

- для бронзы 300... 400 м/мин;

- для баббита 400... 1000 м/мин;

- для алюминиевых сплавов 500... 1500 м/мин.

Достоинствами тонкого растачивания являются:

- отсутствие шаржирования абразивных зерен;

- достигается высокая точность: 5-6 квалитет;

- простота конструкции режущего инструмента.

 

Растачивание отверстий широкими резцами, установленными в специальные блоки находит все более широкое применение.

Эти блоки, как правило, делают плавающими.

Растачивание применяют для обработки отверстий d > 80 мм.

Растачивание может быть черновое, чистовое и тонкое (алмазное).

Черновое растачивание позволяет получить 10-12 квалитеты точности и Rz = 20... 80 мкм, чистовое - 8 - 9 квалитеты точности и Ra = 1,2... 5,0 мкм, тонкое – 5 – 7 квалитеты и Ra = 2... 1,2 мкм.

Растачивание отверстий может проводиться на различных токарных, сверлильных, вертикально- и горизонтально-расточных станках с ЧПУ и агрегатных станках, автоматах и полуавтоматах.

Протягивание отверстий цилиндрических, шлицевых и других форм широко применяется в массовом, крупносерийном и серийном производстве.

Цилиндрические отверстия протягивают после сверления или зенкерования, оно заменяет просверливание отверстий и позволяет получить 5-7 квалитеты точности и Ra = 0,3... 1,5 мкм.

Протягивание производится на горизонтально- и вертикально-протяжных станках (7В55).

Шлифование отверстий производят на внутришлифовальных станках. Диаметр шлифовального круга обычно принимают d < 0,8... 0,9D_OTB. Скорость шлифования -30 м/с. Однако при шлифовании малых отверстий (d = 15... 20 мм) скорость шлифования может быть 10 м/с, так как многие внутришлифовальные станки не могут обеспечить 30 м/с при диаметре шлифовального круга 10... 15 мм.

Поперечная (радиальная) подача – 0,003... 0,15 мм на один двойной ход. Продольная подача: 0,2... 0,3В - при чистовом шлифовании и 0,6... 0,85 при черновом шлифовании (В – ширина шлифовального круга).

В крупносерийном и массовом производстве применяются внутришлифовальные станки полуавтоматы.

Кроме обычного шлифования отверстия больших диаметров могут шлифоваться на станках с планетарным движением шпинделя, а также на станках для бесцентрового шлифования. Шлифование позволяет получить 5-8 квалитеты и Ra = 0,2... 2,5.

 

 

Рисунок 3 – Шлифование отверстий большого диаметра на

бесцентрово-шлифовальном станке

 

Хонингование отверстий позволяет получить 4-6 квалитеты точности и Ra = 0,04... 0,6 мкм.

Хонингование отверстий производится на хонинговальных станках специальной вращающейся головкой (хоном) с раздвижными абразивными или алмазными брусками, имеющими, кроме того, возвратно-поступательное движение. Перемещение брусков в радиальном направлении осуществляется механическим, гидравлическим или пневматическим устройством.

Рекомендуемые режимы хонингования: припуск - 0,05... 0,1 мм, скорость вращения хонинговальной головки - 60... 75 м/мин для стали; скорость возвратно-поступательного движения головки - 12... 15 м/мин.

В настоящее время с успехом используется хонингование алмазными брусками для черновой обработки.

В последнее время для повышения несущей способности поверхности (увеличение t_р) с масляными карманами от предшествующей обработки успехом применяется плосковершинное хонингование. Оно позволяет получить: t₁₀ 60, S_m - 0,05... 0,5 при Ra = 0,4... 1,0 мкм.

 

 

Рисунок 4 – Профиль поверхности после плосковершинного

хонингования:

1 – исходный профиль шероховатости

 

Притирка (доводка) отверстий производится на токарных, сверлильных, внутришлифовальных и специальных притирочных станках.

Притирка производится чугунными или медными притирами, прижимаемыми к поверхности детали пружинами. Притирка позволяет получить 4-5 квалитет точности, Ra = 0,04... 0,2 мкм, t₁₀ 50, S_m = 0,05... 0,2, погрешность формы не исправляет. В последнее время все более широкое применение имеют доводочные бруски из синтетических алмазов.

Калибрование и дорнование отверстий заключается в продавливании или протягивании стального закаленного шарика или специального дорна через обрабатываемое отверстие, имеющее несколько меньшие размеры по сравнению с размерами калибрующего дорна, при этом, за счет пластических деформаций, диаметр отверстия увеличивается, поверхностный слой упрочняется, а поверхность становится гладкой.

Скорость дорнования - 2... 7 м/мин.

Достигаемая точность - 5 - 6 квалитеты, шероховатость Ra = 0,02... 0,6 мкм, t₁₀ 50, S_m = 0,02... 0,5 мм.

Калибрование (дорнование) производится на прессах, протяжных или волочильных станках.

Дорнование может быть использовано для одновременной обработки отверстий втулок и их запрессовки.

Раскатывание отверстий заключается в обкатывании поверхности отверстия подпружиненными или жесткими шариками или роликами. Обычно для раскатывания отверстий применяют многошариковые или многороликовые нерегулируемые и регулируемые раскатки.

Скорость раскатывания - 30... 150 м/мин. Продольная подача - 0,01... 0,05 мм/об на один шарик и 0,1... 0,5 мм/об ролика.

Раскатывание практически не изменяет исходную точность и позволяет получить Ra = 0,21... 1,2 мкм. Процесс осуществляется на токарных, сверлильных и специальных раскатных станках.