Задать вопрос:





Статьи

Статьи>> Зубохонингование — процесс, повышающий качество зацепления и долговечность работы зубчатых передач

Зубохонингование — процесс, повышающий качество зацепления и долговечность работы зубчатых передач

Зубохонингование применяют для чистовой обработки зубьев закаленных цилиндрических колес внешнего и внутреннего зацепления. Оно, как и зубошлифование, относится к процессам, при которых обработка ведется инструментом с неопределенной геометрией режущей кромки (рис. 1, а). Абразивные, алмазные зерна или зерна 1 из кубического нитрида бора (CBN), беспорядочно расположенные в инструменте, производят обработку закаленной поверхности зубьев 2.
В процессе обработки зубчатый хон 3 входит в зацепление с заготовкой 4 под углом скрещивания γ (рис. 1, б), образуя винтовую пару. Скрещивание осей приводит к образованию скольжения инструмента по длине зуба (v1) и по профилю зуба (v2) (рис. 1, в). Так как скольжение по профилю зуба (v2) изменяется на делительной окружности 6 винтовой пары до максимальных значений на головке и ножке, то следы резов 5 имеют специфическое веерное расположение, что способствует повышению плавности зацепления зубьев.

Рис.1.

Обработку зубохонингованием производят при скоростях резания 0,5...5 м/с, что в 10...40 раз ниже, чем при зубошлифовании. Этим объясняется доминирование механических воздействий на поверхность зубьев вместо термических при зубошлифовании.
Зубохонингование применяют в серийном и массовом производствах для уменьшения шероховатости поверхности зубьев до Ra = 0,1...0,32 мкм, повышения точности зубьев на 1, 2 степени по ГОСТ 1643-81, снижения уровня шума и удаления небольших забоин и заусенцев.
Методы хонингования зубьев. Зубохонингование можно производить зубчатыми хонами с внешним и внутренним зацеплением.
Обработка зубчатым хоном с внешним зацеплением аналогична шевингованию зубьев. При хонинговании с радиальным погружением ведущим элементом является хон 3, который находится в беззазорном зацеплении с обрабатываемым колесом 4 при угле скрещивания осей γ — 10... 15° (рис. 1, б). Зубчатое колесо 4 кроме вращения совершает возвратно-поступательное движение вдоль своей оси. Направление вращения меняется при каждом ходе стола. Поджим детали к хону осуществляют с силой 150...450 Н. В процессе хонингования вершина и профиль зуба колеса 8 постоянно контактируют с впадиной и профилем зуба хона 7 в точках 10 (рис. 1,г).
Благодаря контактированию внешнего диаметра колеса с впадиной зуба хона под небольшим давлением зубья колеса постепенно внедряются в тело хона и автоматически восстанавливают его зубья, а на вершине зубьев колеса образуется скругление небольшого радиуса, которое обеспечивает плавный вход зубьев в зацепление с сопряженным колесом. По мере износа хона зубья его становятся тоньше. Уменьшение толщины зубьев хона может продолжаться до контактирования вершины 11 хона с впадиной 9 зуба колеса и вызвать поломку. Чтобы предотвратить поломку изношенных зубьев, хон по внешнему диаметру периодически правят (диаметр уменьшается на 15...25 мм) для поддержания необходимого радиального зазора.
Хонингование с окружным погружением осуществляется при постоянном межосевом расстоянии. Хон изнашивается только по боковым поверхностям зубьев, правка по наружному диаметру не требуется. Ведущим элементом является заготовка. Этот метод применяют для обработки зубчатых колес большого диаметра, а также для небольшого уменьшения шероховатости поверхности на профилях зубьев колес с малым модулем и после шлифования зубьев.
Обработка зубчатым хоном с внутренним зацеплением является более современным методом с широкими технологическими возможностями. Зацепление зубчатого хона 1 с заготовкой 2 проводят под углом скрещивания у (рис. 2, а). При свободной кинематической связи ведущим элементом является хон, а при жесткой связи вращение хона и заготовки осуществляют раздельно с высокой точностью синхронизации от электронной коробки. Ширина хона больше ширины зубчатого венца.

Рис.2.

Кроме вращения зубчатый хон совершает движение радиальной подачи, а заготовка для улучшения условий резания осуществляет осевые осциллирующие движения, величина которых должна быть не менее 3...4 мм.

Рис.3.

Прочность зубьев хона с внутренними зубьями в среднем на 60 % выше, чем у хона с наружными зубьями. Это позволяет снимать большие припуски и хонинговать мелкомодульные зубчатые колеса. Большой коэффициент перекрытия при зацеплении хона с обрабатываемым колесом способствует исправлению погрешностей зацепления и повышению точности обработки. При этом существенно уменьшают радиальное биение Fr (рис. 3, а) и отклонение шага fpt (рис. 3, б). Накопленная погрешность шага Fp(рис. 3, в) исправляется хуже.

Согласованные перемещения по нескольким управляемым осям станка позволяют производить модификации по длине зуба (бочкообразность, конусность и др.). В хонинговальную головку могут быть установлены два хона, что позволяет производить за одну установку заготовки 3 обработку двух венцов 4 и 5 (рис. 2, б) или обработку одного венца черновым 6 и чистовым 7 хонами (рис. 2, в).
Образование внутренних напряжений сжатия. Вследствие низких скоростей резания мощность процесса зубохонингования достаточно высока, что позволяет реализовывать лишь небольшие радиальные подачи (S - 0,001...0,010 мм на возвратно-поступательный ход инструмента).
Зубохонингование относится к группе методов низкоскоростного резания, отличающихся низкой производительностью по сравнению с традиционным или высокоскоростным шлифованием. Одной из возможностей повышения эффективной производительности является увеличение прижима инструмента и заготовки.
В отличие от традиционного шлифования, в котором термические процессы преобладают над механическими, при хонинговании не наблюдают термического разрушения поверхности зубьев. Количества теплоты, пропорционального мощности резания, и времени воздействия источника тепла в контактной зоне недостаточно для того, чтобы вызвать термически обусловленные изменения свойств поверхностных зон. Механические воздействия по сравнению с термическими доминируют в процессе зубохонингования, поэтому в поверхностных слоях зубьев образуются внутренние напряжения сжатия. Максимально допустимая нагрузка на зубчатое колесо с внутренними напряжениями сжатия в поверхностных слоях зубьев возрастает. В результате увеличения сопротивления боковых поверхностей зубьев усталостным разрушениям образуются микротрещины и питтинг.
На рис. 4 показаны внутренние напряжения сжатия в поверхностных слоях зубьев колеса 1, обработанного хоном после правки, и колеса 2, обработанного изношенным хоном. Рентгенографические измерения проводились в середине высоты зуба. В качестве инструмента использовали правящий абразивный хон из смеси электрокорунда белого (высшего качества) и монокристаллического корунда.

Рис.4.

При обработке ("коронировании") внутренним металлическим хоном 2 (рис. 5, а) с однослойным алмазным (синтетическим или природным) покрытием (размер зерна 0,25...0,35 мм) и гальванической связкой, установленным в хонголовке 1, между инструментом и заготовкой 3 существует жесткая кинематическая связь [4]. Хонингование начинают с быстрого подвода хона (рис. 5, б) и врезания его в заготовку, а затем производят взаимное обкатывание в двух- или однопрофильном зацеплении с осцилляцией и без изменения направления вращения.

Рис.5.

Предварительную обработку заготовок зубчатых колес целесообразно производить инструментом 8 (см. рис. 2, г) с протуберанцем (усиком) 11, который прорезает углубление 10 в ножке зуба 9, превышающее величину припуска Д5 на хонингование. Припуск на сторонузуба составляет 0,03...0,08 мм, угол скрещивания у = 5...15°, максимальная скорость резания v = 2 м/с. Если у заготовки зубчатого колеса радиальное биение и отклонение шагов менее 0,1 мм, то после зубохонингования может быть достигнута точность 6, 7 степени по ГОСТ 1643-81.
Хонинговальный инструмент и его правка. Зубчатый хон с внешним зацеплением представляет собой прямозубое или косозубое колесо, состоящее из стальной ступицы 2 и абразивного зубчатого венца 1 (рис. 6, а). Зубчатый хон проектируют для каждого зубчатого колеса, число зубьев хона не должно быть кратным числу зубьев обрабатываемого колеса. Наружный диаметр хона выбирают в пределах 220...250 мм, ширина венца 20...25 мм, угол скрещивания осей 10...15°. Абразивные хоны изготовляют на основе эпоксидных смол с добавлением карбида кремния различной зернистости. Отливают хоны в точных формах, изготовленных по мастер-колесу. Радиальное биглие зубчатого колеса нового хона 0,07...0,10 мм. Срок службы хона при обработке автомобильных зубчатых колес 1500... 3000 шт., после изнашивания хоны не восстанавливаются, а стальная ступица используется многократно.

Рис.6.

На рис. 6, б показана конструкция хона с внешним зацеплением, который применяют при обработке зубьев после зубошлифования. Так как целью хонингования является повышение плавности зацепления и снижение шероховатости до Ra = 0,2...0,3 мкм без изменения точности зубьев, то под рабочим абразивным слоем 3 со средним размером зерна 0,08 мм располагают демпфирующий слой 4 из упругого материала. Этот слой уменьшает вибрации, возникающие при хонинговании, и повышает срок службы инструмента.

Таблица 1. Основные технические характеристики зубохонинговальных станков

Основные параметры

Витебский станкозавод (Беларусь) 5Б913

Фирма Фесслер (Швейцария)

Фирма Капп (Германия)

Фирма Хурт (Германия)

К – 300

К – 400 – А

VAC 65

ZH 250

Наибольший размер обрабатываемого колеса, мм

320

180

320

180

250

Наибольший модуль, мм

 

5

8

5

6

Наибольшая ширина зубчатого венца, мм

1258

60

120

60

100

Частота вращения инструмента, мин-1

160…1000

-

-

-

0…1000

Примечания: 1. Станок мод. 5Б913 с механическими связями работает хоном с внешним зацеплением, ведущим элементом является хон.
2. Станки мод. К-300, К-400-А, VAC 65 и ZH 250 с ЧПУ и электронной связью между шпинделями инструмента и заготовки работают хонами с внутренним зацеплением.
3. Станки мод. К-300, К-400 А и ZH 250 работают абразивными внутренними хонами, а станок мод. VAC 65 внутренним хоном с алмазным покрытием.

Абразивные зубчатые хоны с внутренним зацеплением обычно изготовляют на основе эпоксидной смолы из смеси электрокорунда высшего качества и корунда
(размер зерна 149...88 мкм). Часто применяют следующее соотношение объемов: абразив - 50 %, связка - 40 % и поры - 10 %. Абразивная масса прессуется в зубчатой матрице, затем спекается и механически обрабатывается по внешнему диаметру и торцам (рис. 6, в).
Перед хонингованием первой заготовки и периодически по мере износа зубчатый хон профилируют с помощью алмазного колеса 5 (рис. 6. г) и алмазного кольца 7, установленных в оправке 6. Алмазное колесо профилирует боковые поверхности и дно впадин зубьев хона, а кольцо - вершины зубьев. Профилирование производят в автоматическом режиме, оправку устанавливают вместо обрабатываемого колеса. Величина съема хона в радиальном направлении при однократномпрофилированиисоставляет 0,01...0,03мм. За весь период работы зубчатый хон обрабатывает 2000...4000 заготовок, число профилирований 120...210.
Правящее колесо и кольцо имеют однослойное покрытие из искусственных и природных алмазов с размером зерна 0,25...0,5 мм, гальванически закрепленных никелем толщиной - 0,13 мм на металлической основе. Алмазное правящее колесо до затупления позволяет производить 1000...1500 профилирований.
Зубохонинговальные станки. Зубохонингование осуществляют на специальных станках (табл. 1).
Режимы зубохонингования. При хонинговании хоном с внешним зацеплением частота его вращения 18...250 мин-1.Минутная подача стола 180...220 мм/мин, число ходов стола 4...6. Радиальное нагружение инструмента к обрабатываемому колесу осуществляется с силой 150...450 Н. Припуск, снимаемый со стороны зуба, равен 0,01 ...0,03 мм. Практически припуск под хонинго-вание не оставляют. Время обработки колеса 30...60 с.
Хонингование зубьев хоном с внутренним зацеплением производят за 4...8 ходов стола с углом скрещивания 8...15° для открытых зубчатых венцов и 3...80 – для закрытых. Режимы обработки: минутная подача стола 150...250 мм/мин, радиальная подача на ход стола 0,001... 0,010 мм, число обработанных заготовок между двумя правками 10...16, время правки хона 1,5...1,8 мин. Ориентировочные припуски и машинное время при хонинговании в зависимости от предварительной обработки зубьев приведены в табл. 2.

Таблица 2. Припуски и машинное время


Обработка зуба перед зубохонингованием

Припуск на сторону зуба, мм

Машинное время зубохонингования, мм

Фрезерования, закалка, шлифование

0,003…0,005

0,5…0,6

Фрезерования, шевингование,закалка

0,015…0,0020

0,8…1,0

Фрезерования, закалка

0,025…0,0030

1,0…1,2

При обработке внутренним алмазным хоном зубчатых колес 56...63 HRC с припуском 0,03...0,08 мм на сторону зуба применяют следующие режимы резания: угол скрещивания осей у - 5... 15°; скорость резания v = 0,8...1,3 м/с; скорость движения радиальной подачи при врезании vp1 = 2 мм/мин; скорость движения радиальной подачи при хонинговании vp2 = 0,5 мм/мин.
Достигают седьмой степени точности по ГОСТ 1643—81 и шероховатости поверхности Rz = 1,5...5 мкм.

Литература

1. Калашников С.Н., Калашников А.С. Зубчатые колёса и их изготовление. М.: Машиностроение. 1983. 311с.

А.С. Калашников (МГТУ "МАМИ")

Справочник, инженерный журнал №2 2004г. с. 10-13

Статьи партнеров