Features of intermittent profile grinding cylindrical gears

Full Text

Для шлифования эвольвентных зубьев цилиндрических колес наибольшее распространение в промышленности получили два метода – непрерывное обкатное червячным шлифовальным кругом и прерывистое профильное двухсторонним коническим кругом.При непрерывном обкатном зубошлифовании витки червячного круга, имеющие близкий к реечному профиль, воспроизводят эвольвентный профиль и продольную форму зуба. Для обкатного метода характерен точечный контакт шлифовального круга и заготовки, постоянно меняющий свое положение по высоте и длине зуба. Очень короткое время точечного контакта не вызывает больших термических нагрузок на зуб обрабатываемого колеса, поэтому при шлифовании этим методом возможны высокие скорости резания без опасности возникновения прижогов на поверхности зубьев. Рисунок 1. Прерывистое профильное зубошлифование Прерывистое профильное зубошлифование производят вращающимся шлифовальным кругом 1 при продольном движении подачи 3 круга вдоль оси заготовки 7 (рисунок 1, а). Профиль круга при шлифовании прямозубых колес соответствует впадине зубьев обрабатываемой заготовки, включая модификации профиля, а при шлифовании косозубых колес имеет незначительные отклонения. Обычно каждая впадина зуба шлифуется за несколько рабочих ходов 4, 5, 6. В зависимости от стратегии зубошлифования в конце каждого хода или через определенное число рабочих ходов производят радиальное движение подачи 8, и шлифовальный круг углубляется в заготовку 7. По завершении обработки каждой впадины шлифовальный круг выходит из зацепления и заготовка выполняет поворот 2 для обработки следующей впадины. Профильное зубошлифование характеризуется линейным контактом 9 (рисунок 1, б) между шлифовальным кругом 1 и заготовкой 7. Контакт происходит по всей высоте зуба, он расположен перпендикулярно к делительной линии зуба у прямозубых колес или наклонно – косозубых колес. При продольной подаче 3 шлифовального круга 1 контакт перемещается вдоль зуба 10. Особенности прерывистого профильного шлифования определили преимущественную область применения этого метода для зубчатых колес: 1) в единичном и мелкосерийном производстве, где требуется универсальный инструмент и невысокая производительность; 2) с крупным модулем (более 10 мм), которые не могут обрабатываться на обкатных станках; 3) со специальными геометрическими параметрами зубьев (малое число зубьев, большой угол профиля, маленькая длина линии зацепления и пр.); 4) с близко расположенными зубчатыми венцами. Обработку производят шлифовальными кругами малого диаметра, как правило, абразивными режущими элементами из кубического нитрида бора. К негативным свойствам профильного зубошлифования следует отнести высокую теплонапряженность процесса, то есть возможность образования на поверхности зубьев шлифовальных прожогов в виде пятен, чередующихся полос или отдельных мелких штрихов. Выделяемое при шлифовании тепло может вызывать нежелательные изменения структуры поверхностного слоя и его физического состояния, а также колебание твердости. Шлифовочные прожоги существенно снижают контактную и изгибную выносливость зубьев. В целях снижения опасности возникновения прожогов и получения в поверхностном слое зубьев деформационного упрочнения прерывистое профильное шлифование зубьев следует производить кругами с высокой пористостью (номер структуры 10-20). Наличие между абразивными зернами крупных пор обеспечивает достаточно пространства для отвода микростружек при высокой интенсивности съема материала, а также подвод большого количества СОЖ непосредственно в зону резания через поровое пространство круга. В настоящее время в высокопористых кругах установлено следующее соотношение: 20-25% абразивный материал, 15-20% связка и ~ 60% поры. По сравнению с кругами нормальной структуры у высокопористых кругов увеличивается в 2-3,5 раза расстояние между зернами, уменьшается поверхность трения при контакте с заготовкой и снижается температура нагрева в зоне шлифования зубьев на 300-400°С. С целью увеличения эффекта самозатачивания шлифовальных кругов в качестве абразивного материала вместе с электрокорундом (белым, хромистым рубиновым, хромтитанистым) применяют микрокристаллический корунд в объемных долях 30-50%. Зерна микрокристаллического корунда, полученные спеканием по специальной технологии из субкмикрористаллов высокочистого оксида алюминия размером менее 1мкм, под действием сил резания равномерно выкрашиваются, образуя новые режущие кромки (самозатачивание). Объем снятого металла считается важнейшей составляющей шлифовальной техники. Он позволяет получать информацию о мощности и производительности процесса шлифования, нагрузке на шлифовальный круг и опасности возникновения прижогов. В связи с этим определение режимов резания при профильном зубошлифовании в данной работе производилось по приведенной скорости снятия металла в зависимости от объемной производительности резания. Проведенные исследования показали, что приведенная скорость снятия металла при шлифовании корундовыми кругами, при которой обеспечивается отсутствие термических повреждений шлифуемых поверхностей зубьев, в значительной степени зависит от скорости резания: 1) , 2) , 3) . При высокопроизводительном профильном зубошлифовании приведенную скорость снятия металла необходимо контролировать при каждом рабочем ходе. Величина радиальной подачи Sp, как и скорость резания, в значительной степени определяет мощность шлифования. При маленькой радиальной подаче шлифовальный круг изнашивается медленно и продолжительное время сохраняет свои режущие свойства, мощность шлифования невысокая. Исходными значениями радиальной подачи за один рабочий ход можно принять Sр=0,05-0,20 мм, что соответствует припуску а=0,02-0,07 мм, снимаемому со стороны зуба. В современных шлифовальных станках при профильной обработке скорость подачи VSпр можно выбирать в диапазоне 1000-12000 мм/мин. При этом исходными значениями для профильного шлифования зубчатых колес с m=3-12 мм является VSпр=2000-8000 мм/мин. В процессе экспериментальных исследований было установлено, что с увеличением скорости продольной подачи при профильном зубошлифовании прижогоопасность снижается. Это позволяет при сохранении приведенной скорости снятия металла, т.е. производительности процесса, за счет уменьшения радиальной подачи и увеличения скорости продольной подачи снижать опасность возникновения прижогов. Процесс профильного зубошлифования протекает с выделением большого количества тепла. При обычной последовательности обработки впадин зубьев 1-2-3-4-5 и т.д. заготовка нагревается неравномерно, что является причиной возникновения погрешностей зубьев. С целью повышения точности профильного шлифования была опробована обработка зубьев секторами (рисунок 2). Рисунок 2. Секторное шлифование зубьев При этом была принята следующая последовательность обработки: впадины первого сектора 1-2-3-4-5, впадины второго сектора 16-15-14-13-12, впадины третьего сектора 6-7-8-9-10-11. Секторная последовательность шлифования зубьев сателлита планетарной передачи (Z=16; m=4,5мм; α=20°; β=0°; b=60мм) позволила значительно снизить погрешности: 4) радиального биения с 11 до 7 мкм; 5) направления зуба с 14 до 10 мкм; 6) накопленной погрешности шага с 16 до 11 мкм; 7) профиля зуба с 7 до 6 мкм. Проведенные исследования показали, что при прерывистом профильном зубошлифовании могут быть получены высокоточные зубчатые колеса без прижогов и термических микротрещин.

About the authors

A. S Kalashnikov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Dr. Eng.; +7 (916) 376-83-56

Y. A Morgunov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: morgunov@mami.ru
Ph.D.; +7 (916) 376-83-56

P. A Kalashnikov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Ph.D.; +7 (916) 376-83-56

V. V Filippov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

+7 (916) 376-83-56; +7 (916) 376-83-56

References

Supplementary files