автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Исследование процессов формирования качества поверхности зубьев цилиндрических зубчатых колес и закономерностей технологической наследственности при их изготовлении

РГ6 од

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛфЩ^^АЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ ' _АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

МЕДВЕДЕВ Анатолий Иванович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ЗУБЬЕВ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ ПРИ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИИ

05.02.08 — Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1993

Работа выиолнена в Белорусской государственной политехнической акадеиии.

Научный руководитель -

акаденшс АН РБ, доктор технических наук, профессор Яшернцын И; И.

Научиый консультант

кандидат технических'наук, донент Кане Н. Н.

Официалыше оппоненты!

доктор технических наук, член-корресиондент АН РБ, Ь'ерестиев О. В., кандидат технических наук, Лнтошме Ы. Е.

Ведущее предприятие

Нинский завод шестерен.

.J^P.ti^Z 1993 г. на

Заш.та диссертации состоится заседании специализированного совета л 056.02.03 но присуждению ученых степенен в Белорусской государственной политехнической академии по адресу : 220027," г. Кинск, пр-т Скорины, <65, корп. 1.

С диссертацией ножно озиакониться и библиотеке БГ11А.

Автореферат разослан

. 4 Ъ - МхиЭ^

.1993 г. .

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат, технических наук, донент

11. В. Коновалов

(С) Белорусская государственная политехническая академия, 1993.

Обшая характеристика работы

Актуальность проблемы. Одним из направлений повышения качественных характеристик современных машин является улучшение Физико-неханических свойств поверхностного слоя зубчатых колес, относящихся к числу наиболее нассовых и ответственных деталей машин.

Зубчатые колеса тракторов и автомобилей, исследованию качества рабочих поверхностей зубьев которых посвяшена данная работа, часто имеют недостаточную несушую способность и не обеспечивают надежную и долговечную работу этих машин. Так при капитальном ремонте тракторов заменяется 30-50Х зубчатых колес, а ежегодно - от 10 до 30Х. Особое внимание должно быть уделено управлению технологическими процессами обработки зубчатых колес, обеспечиваюшини необходимое качество этих деталей.

Физико-механические свойства рабочих поверхностей зубьев, исследуемые в данной работе, оказывают большое влияние на многие эксплуатационные характеристики зубчатых передач. Формируются же эти свойства в основной на стадии получения заготовки, операциях механической и термической обработки деталей. Причем вопросы формирования этого качества должны рассматриваться не изолированно, а комплексно для всего технологического процесса с учетон явления технологической наследственности на всех стадиях обработки и даже эксплуатации зубчатых передач. Следовательно, чтобы обеспечить нужные значения Физико-механических характеристик поверхностного слоя у окончательно обработанных деталей, необходимо знать, как изменяются эти характеристики на всех стадиях обработки детали, начиная с первой операции Формирования зубчатого венда - операции зубофрезе-рования. Обеспечить же необходимый уровень их значений на этой операции можно за счет изменения режимов зубоФрезерования. Решить эти задачи можно с помошью зависимостей, описывающих процессы пооперационного изменения параметров качества поверхности зубьев цилиндрических зубчатых колес на различных этапах их изготовления, а также влияюших на эти параметры режимов зубоФрезерования.

С учетом сказанного, проведение комплексных исследований по выбору оптимальных значений параметров качества рабочих поверхностей зубьев на всех стадиях обработки зубчатых колес с целью обеспечения их требуемых значений у окончательно обработанных колес, ян -ляется актуальной задачей.

Цель работы. Получение необходимого качества поверхности зубьев цилиндрических зубчатых колес, определяемого служебным назначением детали, как результат воздействия комплекса последовательно выполняемых операций механической и термической обработки с учетом Фактора технологического наследования параметров качества поверхности на этих операциях.

Обшзя методика исследований. Анализ законов распределения показателей качества рабочих поверхностей зубьев прямозубых цилиндрических зубчатых колес для различных видов и условий зубообработки, а также стационарности и эргодичности процессов зубообработки производился с поношью методов статистической проверки гипотез, теории корреляции, теории случайных функций.

Исследование взаимосвязей между параметрами качества поверхности зубьев на сменных технологических операциях, а также исследование влияния режимов зубофрезерования на данные параметры производилось с помошыо методов одно- и многофакторного корреляционно-регрессионного и дисперсионного анализа, планирования экспериментов.

Большинство расчетов выполнялось на ЭВМ при тщательной оценке достоверности получаемых результатов.

Научная новизна. Для 4-х показателей качества рабочих поверхностей зубьев цилиндрических зубчатых колес ( шероховатость, иикротвердость, остаточные напряжения 1-го и 2-го рода) на различных операциях механической и термической обработки установлены законы распределения этих параметров, показана стационарность и эргодичность процессов зубообработки для этих показателей качества поверхности на всех операциях зубообработки, включая предварительную, термическую и отделочную.

Разработана оригинальная методика рентгенографического исследования остаточных напряжении 1-го и 2-го рода, особенность которой в том, что делается несколько (6-8) рентгенограмм по боковой поверхности зуба от основания до вершины перпендикулярно образующей, производятся соответствующие вычисления по каждой рентгенограмме и берется далее среднее арифметическое этих значений.

Разработана новая методика исследования пооперационного изменения значений шероховатости, мшсротверлости и остаточных напряжении в поверхностной слое зубьев с использованием явления технологической наследственности.

Установлены основные закономерности пооперационного изменения рассматриваемых параметров качества поверхности зубьев цилиндрических колес на основных операпиях их изготовления, а также Формирования этих параметров при зубофрезеровапии червячной Фрезой.

Практическая ценность. Результаты проведенные исследований изложены в СТП 930-1379-90, который внедрен и действует на Минском заводе шестерен.

Как показало применение разработанных методик, за счет оптимизации режимов резания на операции зубоФрезерования, качество рабочих поверхностей зубьев ножет быть повышено принерно на 20-30*, а за счет выбора рациональных требований к качеству поверхности зубьев на всех последующих операциях с учетом технологической наследственности в такой же степени повышено это качество у окончательно обработанных деталей.

Общий экономический эффект от проведенных работ составил 200-250 тыс. рублей в год в условиях Нинского завода шестерен. Наряду с этин большой экономический эффект в народной хозяйстве получен за счет уменьшения расходов на запчасти, а также эксплуатацию и ремонт тракторов МТЗ-80/82 при увеличении сроков службы цилиндрических зубчатых колес трансмиссий этих машин.

. Апробация работы. Основные положения работы докладывались на 11 научных конференциях- в тон числе на Международном коллоквиуме "Внутренние напряжения и поверхностнее упрочнение", г. Цвикау, 1989 г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение технического уровня зубчатых передач энергонасыщенных тракторов", г.Харьков, 1983 г.; Всесоюзной научно-технической конференций "Несущая способность и качество зубчатых передач и редукторов машин", г.Алма-Ата, 1985; Всесоюзной научно-технической конференции "Технологические методы обеспечения качества и надежности зубчатых пере • дач", г. Кургап, 1990; Всесоюзной научно-технической конференции "Зубчатые колеса - современность и прогресс", г.Одесса, 1990 г.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 14 печатных работ.. V

Структур^ и обьен работы. Диссертация состоит из введения и пяти глав. Содержит 179 страниц машинописного текста, 32 стганицы рисунков, 18 таблиц, приложения на 42 страницах и списка литературы.

Основное содержание работы

В первой главе дан анализ состояния вопроса определения требований к шероховатости, никротвердости, остаточным напряжениям 1-го и 2-го рода в поверхностной слое зубьев, материалам заготовок зубчатых колес и приведены современные методы выбора требований к этан характеристикам качества поверхности.

Показано влияние этих показателей качества на основные эксплуатационные характеристики зубчатых колес. В частности, шероховатость и иикротвердость рабочих поверхностей зубьев учитываются в расчетах на контактную выносливость и выносливость при изгибе, а также при оценке износостойкости передач. Остаточные напряжения влияют на изгибную, усталостную и контактную прочность деталей.

Информация об изменении характеристик качества поверхности зубьев на операциях неханической и тернической обработки деталей носит ограниченный характер. Например, шероховатость поверхностей зубьев по литературным и заводским источникам изменяется только на операции шевингования. Для всех последующих операций (термообработка и отделка зубьев) она по этим данным остается неизменной. Наши исследования показывают, что шероховатость зубьев закономерно изменяется на всех операциях вплоть до Финишных (зубохонингование, обкатка , з убошлиФование).

По литературным и заводски! данным отсутствуют сведения о твердости рабочих поверхностей зубьев на отделочных операциях обработки зубчатых колес.

Наши исследования показывают, что и здесь имеет место закономерное изменение твердости с учетом предыдущей тернической обработки.

Что касается остаточных напряжении 1-го и 2-го рода, то этот вопрос применительно к зубьям цилиндрических зубчатых колес является практически не изученный.

Если для тернической обработки определенные данные по величинам остаточных напряжений кнеются, то для операций зубообработки и отделки зубьев они вообще отсутствуют.

Применительно к параметрам качества рабочих поверхностей зубьев очень ограниченно используются основные положения технологической наследственности, согласно которым значения данных параметров определяются не только выполняемыми операциями, но и всем комплексом операций предшествующей обработки.

в литературе отсутствуют данные о законах распределения параметров качества поверхностного слоя зубьев в партиях деталей.

Малоизученным является вопрос влияния режимов зубоФрезерования на изненение физико-механических свойств поверхностного слоя зубьев. Данные по изменению остаточных напряхений от режимов зубофрезе-рования вообше отсутствуют.

На оснований проведенного анализа определены следующие задачи исследования!

1. На основании экспериментальных исследований установить характер изменения шероховатости, микротвердости и остаточных напряжений в поверхностном слое зубьев после различных операций обработки деталей с учетон явлений технологической наследственности.

г. Установить законы распределения значений этих параметров с тем, чтобы использовать аппарат натенатической статистики и теории вероятностей при обработке результатов эксперимента,

3. Разработать методику и конкретные рекомендации по выбору оптимальных значений исследуемых показателей качества поверхности зубьев на всех операциях обработки зубчатых колес.

4. Установить влияние режимов зубоФрезерования на характеристики качества поверхности зубьев.

5. Определить диапазон режимов резания, обеспечивающих оптимальные значения параметров качества с учетом требований, предъявляемых к этим параметрам у готовых деталей и характера их изменений на различных операциях обработки цилиндрических зубчатых колес.

Вторая глава посвпшена анализу предпосылок принешшя статистических методов при изучении формирования Физико-механических свойств поверхностного слоя зубьев цилиндрических зубчатых колес.

Основной пелыо данного анализа была проверка теоретических предпосылок успешного применения статистических методов, в частнос ти,корреляционно-регрессионного анализа для изучения механизма нас ледования Физико-механических свойств поверхностного слоя зубьев п процессе их обработки.

Важнейшими из указанных предпосылок являются нормальность распределения изучаемых параметров, стационарность и эргодичность ряда последовательных наблюдений зависимых переменных.

Для сбора экспериментального статистического материала было взято 10 партий деталей по 50-100 зубчатых колес в каждой изгптов ленных из сталей 'ЮХ, г5ХГТ, 20ХНЗЛ. Основные размеры зубчатых ко-

лес находились в следующих пределах: т = 2-6 ми; г - 23-51 ни; Ъ = 16-40 ни (ширила зубчатого венца).

Зубообрабстка выполнялась на современных станках нод. 5Б312, 5А312, 5702, 5Б913, 5Д833 и др.; химкко-терническая обработка в безнуфельных агрегатах (БМА).

Изнерение никготвердости поверхности зубьев осуществлялось на ' приборе ПМТ-З; шероховатости - на проФилограФах-проФилонетрах нод. 201, 252; рентгеноструктурный анализ остаточных напряжений на установке ДРОН 2.

Обработка каждой партии производилась на изучаемой операции на одной станке однин инструментом.

В настоящее время отсутствуют обоснованные данные о характере законов распределения показателей качества поверхности зубьев колес различных операций иеханической и термической обработки.

Выбор теоретического распределения в наилучшей степени описывающего распределение изучаемого параметра, производился путей сопоставления эмпирических распределений этого параметра с каждым из 5-ти теоретических распределений с помощью критериев Пирсона и Колмогорова с использованием ЭВМ. В качестве возиожных теоретических распределений рассматриваемых параметров качества были приняты распределение Гаусса, логарифмически-нормальное, Релея, Грамна-Шарлье, равной вероятности. При выборе этих законов распределения учитывался характер образования погрешностей исследуемых параметров, свойства различных законов распределений, а также результаты работ Н. А. Бородачева, А. К. Кутая, X. Б. Кордонского и др. по анализу законов распределения различных показателей качества и точности деталей надшил при механической обработке.

Анализ полученных нами результатов позволяет сделать следующие основные выЬды:

1. Распределение значений иикротвердости поверхности зубьев в наилучшей степени описывается законом нормального распределения, шероховатости - нормальным и логарифмически нормальным, остаточных напряжений 1-го рода - законом Релея, остаточных напряжений 2-го рода - законами Релея и равной вероятности.

2. Для аппроксимации распределений всех рассмотренных показателей качества поверхности зубьев в рассмотренных условиях с достаточностью и точностью нохет быть использован закон нориального рас-нределения.

Анализ стационарности и эргодичности процессов зубообработки

цилиндрических зубчатых колес, выполненный с поношью критериев Кох-рана и Фишера, а также графиков нормируемых корреляционных функций позволил заключить, что изучаемые процессы являются стационарными и обладают эргодическим свойством. Наряду с прочим, это указывает иа возможность моделирования этих процессов по результатам одной выборки достаточно большой продолжительности.

Такин образом, было доказано наличие теоретических предпосылок успешного применения статистических нетодов при изучении Физико-не-ханических свойств поверхности зубьев на различных операциях обработки цилиндрических зубчатых колес.

Третья глава посвяшена исследованию изменения основных Физико-неханических свойств поверхности зубьев па различных операциях обработки зубчатых колес.

Учитывая результаты, полученные во 2-ой главе, нами была разработана методика исследования,в основу которой положен кибернетический подход с использованием теории и методов решения задач "черного ящика". Эта методика регламентировала выполнение следующих эленентов исследования! сбор экспериментального натериала, предварительный анализ получешшх данных, оценка тесноты и Формы корреляционных связей нехду изучаемыми факторами. Использование в ней корреляционно-регрессионного анализа при обработке данных, полученных в условиях пассивного эксперимента, позволяет достичь высокой точности аппроксинации исследуеного процесса при его моделировании и объективно оценить степень тесноты и характер взаимосвязей иежду параметрами качества поверхности зубьев на снежных операциях обработки зубчатых колес.

Для сбора экспериментального натериала было взято 5 партий по 50-100 деталей в каждой. На каждой колесе измерения выполнялись не менее 3-х раз на 4-х зубьях, равнорасположенных по окружности колеса. Основные характеристики зубчатых колес, условия их обработки, методы и объекты изнерений остались неизменными по сравнению с описанными во второй главе.

Предварительный анализ экспериментальных данных заключается в статистической проверке случайпости ряда последовательных наблюдений.

• Особенностью разработанной нетодики рентгенографического исследования является то, что при использовании стандартной державки для крепления образцов, по поверхности зуба перпендикулярной об

разующей делается Ь-6 записей рентгеногранн, производятся соответствующие вычисления но каждону снимку и определяется среднее арифметическое их значений.

Для предварительной оценки наличия и степени тесноты взаимосвязей параметров качества поверхности зубьев на различны-, операциях их обработки по полученным экспериментальным данный были построены энпирические линии регрессии.

Анализ этих линий и результатов ранее выполненных работ показал, что эти зависимости могут быть описаны полиноном 1-ой или 2-ой степени.

В дальнейшей ны пользовались уравнениями полинома 1-ой степени, так как при значительно меньшей трудоемкости, они дают по точности результат незначительно уступающий рассчитанному по уравнению полинома 2-ой степени.

Для оценки степени тесноты взаимосвязи исследованных параметров на снежных операциях был выполнен расчет коэффициентов парной корреляции 2у1х, корреляционных отношений Ь У1х,} и других статистических характеристик.

С помощью критерия Романовского была установлена несущественность в различии нежду соответствующими значениями Ч уШ и й у1х.) для всех исследованных параметров качества поверхности зубьев. Значимость проверялась с помощью г - критерия Стьюдента.

Выполненный металлографический анализ поверхностного слоя зубьев после различных операций неханической и термической обработки показал, что структура этого слоя до термообработки является Феррито-перлитной с преобладанием Феррита. После шевингования эта структура является более крупнозернистой и разрыхленной, что подтверждает снижение никротвердости этого слоя по сравнению с той , которая была после зубофрезерования. Структура поверхности после закалки деталей представляет собой мелкоигольчатый мартенсит, переходящий в более глубоких слоях в сорбит, бейнит и другие продукта диффузионного распада.

В результате данного исследования можно сделать следующие выводы!

1. Для всех рассмотренных операций обработки зубчатых колес между значениями исследованных параметров качества поверхности зубьев на снежных технологических операциях существует достаточно тесная корреляционная связь. Значения коэффициента корреляции ? ху

составляют в зависимости от вида обработай и материала детали: для остаточных напряжений 1-го рода - 0,52-0,9; для остаточных напряжений 2-го рода - 0,7-0,88; для микротвердости поверхности - 0,32-0, 86; для шероховатости поверхности - 0, 36-0,82.

Таким образом, для всех операций и параметров качества поверхности зубьев имеет место технологическая наследственность.

2. Существенными характеристиками рассматриваемых параметров качества служат величины А (доля дисперсии того или иного параметра, возникшая на данной операции) и В (доля дисперсии, которая переносится с предыдущей операции).

Например, на операции ХТО - А=71-90'/ и 10-29*. т.е. большая часть значений дисперсии остаточных напряжений 1-го рода и микротвердости Формируется на данной операции и уменьшение ее (если это необходимо) можно получить за счет совершенствования операции ХТО.

На операциях отделки зубьев после термообработки (зубошлиФова-ние, хонинговапие, обкатка) величина А= 19-31'/.,. Б-69-91 '/■. В этом случае большая часть доли дисперсии переносится с предыдущей операции, которой является ХТО, т. е. ив этой случае главную роль в формировании значений дисперсии данных параметров качества поверхности зубьев играет операция ХТО.

Что касается операций зубоФрезероВания и шевингования, то здесь доли А и В составляют! для шероховатости поверхности зубьев А=73-87х и В-13-27^; для микротвердости А=бЗ-71Я и В=29-37/, т.е. для данных параметров главная роль в Формировании значении дисперсии принадлежит операции зубоФрезерования.

Для значений дисперсий остаточных напряжений 2-го рода доли Л и В для всех операций обработай зубчатых колес примерно одинаковы.

3. При зубошевинговании растягивающие напряжения в поверхностном слое, образовавшиеся при зубоФрезеровании, изменяются на сжимающие при одновременном снижении микротвердости этого слоя.

Объясняется это снятием тонкого наклепанного поверхностного слоя с преобладанием силового Фактора процесса резания при шепинги впнии по сравнению с тепловым. При зубошлйФовании( наоборот, с:шма-югаие напряжения в поверхностной слое, образовавшиеся при термообработке, преобразуются в растягивающие в силу преобладающего действия теплового Фактора процесса резания.

о

Четвертая глава посвящена исследованию влияния режинов зубо-фрезерования на изменение значении исследуемых параметров качества поверхностного слоя зубьев. Так как нехду параметрами качества поверхности зубьев на различных операциях обработки существует достаточно тесная корреляционная зависимость, возножно обеспечить их необходимый уровень на конечной операции за счет регулирования значений данных параметров на первой операции Формообразования зубьев -зубофрезеровании.

Одним из путей такого регулирования является изменение рехинов резания - скорости V и подачи S. .

Вначале было выполнено исследование Форны корреляционной зави- > симости рассматриваемых параметров качества от рехимов зубоФрезеро-вания по схеме полного Факторного эксперимента с добавлением 4-х оШдтов в центре плана.

Это позволило построить эмпирические линии регрессии по 3-н точкам для каждого Фактора и более обоснованно установить Форму взаимосвязи каждого параметра качества с каждый из эленентов рехинов резания.

Было установлено, что зависимость высоты микронеровностей Ra от V и S является линейной, а никротвердости Нуи остаточных напряжений G^ и Gg - криволинейной.

Поэтому в дальнейшем исследование влияния V и S на Ra выполнялось по схене полного Факторного эксперимента, а влияние V и S на H^j i G¡ и Gjg по схене рототабельного планирования.

Каждый опыт дублировался 3 раза, поэтому общее число опытов при исследовании линейной зависимости было 12, а при исследовании криволинейной зависимости - 39.

Графики зависимости никротвердости и шероховатости поверхности зубьев от режимов зубофрезерования показаны на рис. 1.

Были получены следующие зависимости между рассмотренными Фак-торани ¡

а) для никротвердости поверхности зубьев:

г г

Y : 3208 - 40V ♦ 50S - 0,2VS + 0,9V + 5S (НПа) - сталь ЧОХ;

У = 2085 - 12V + 25S + 0,13VS + О, ОЗУ* + l,2S*(MIa) - сталь 25ХГГ;

i I

Y = 1995 - 10V ♦ 25S * О, 11VS * 0,02V ♦ 1.3S (НПа) - сталь 20XII3A;

Ряс. I. ЗаЕпсимооть ютсротвердооти и Евроховатости

поверхности зубьев от режимов зубофразерованяя

в) для остаточнш напряжений 1 го рода .!

¥ = -726+67,4У+6Э. 98»1< ИУБ - 1.3У*- 68, бЬ^ (Н1!а) - сталь 40Х; У : -956+83,5У+79,75+1,15УЙ - 1,4Уг- 82,8Бг (ИПа) - сталь 25Х1"Г;

V = -928+84,9У+60| 95+1.2УБ - 1.35У2 - 83,8Б2(Ш1а) - сталь 20ХНЗЛ;

г) для остаточных напряжений 2-го рода!

V - 590.4-9. 5У-0,2Э - 0,05У£ + 0,14У* « О.гвЭ2 (НПа) -сталь 40Х;

V = 502,4-17,7У-4,9Б - 0,07УБ + 0. ЗУ2 ♦ 0,7Б2 (ИПа) - сталь 25Х1Т;

У = 550 - 18У - 5Б - 0,1УБ ♦ О, ЗУ2 - 0,вй2 (ИПа) - сталь 20ХНЗА:

Оценка значимости коэффициентов этих уравнений выполнена с по-ноиыо критерия Стыодента, а оценка адекватности уравнений в целой -с поношью критерия Фишера. Для установления степени влияния того или иного параметра режима резания на величину характеристик качества поверхности зубьев определены коэффициенты влияния.

На основании полученных уравнений, а также построенных графиков соответствующих зависимостей можно сделать следующее выводы!

1. Увеличение подачи для каждого из значений скорости резания приводит к повышению никротвердости поверхности зубьев, что объясняется ростон силового Фактора процесса резания, сопровождающегося увеличением степени пластического деформирования поверхностного слоя металла.

2. С увеличением скорости резания происходит некоторое снижение никротвердости, что объясняется ростом* температурного фактора процесса резания и связанного с ним разупрочнения поверхностного слоя.

3. Подача больше влияет на изменение никротвердости поверхнос -ти зубьев, чем скорость резания.

4. С увеличением скорости резания и подачи увеличивается высо та иикронеронпостей поверхности зубьев, причем увеличение подачи сказывается больше, чей увеличение п<оро'"ги резания.

Г 2

5. При скоростях резания свыше 36 н/нин остаточные напряжения 1-го рода в поверхностной слое зубьев являются сжимаюшини для всех исследованных значений подачи с тенденцией к их увеличению по мере уненьшения подачи.

Остаточные напряжения 2-го рода при этих условиях обработки снижаются. Таким образон, оптимальное значение подачи будет определяться в данном случае требуемой производительностью обработки, стойкостью режушего инструмента и величиной остаточных напряжений в поверхностном слое зубьев.

В пятой главе приведены рекомендации по оптимизации режимов зубоФрезерования и требований к параметрам качества поверхности зубьев цилиндрических зубчатых колес на промежуточных операциях их обработки. , • :

Допустиные конечные значения исследованных Физико-механических свойств поверхности зубьев определяются требованиями чертежа детали. При этом для сталей г10Х, '15 конечной операцией техпроцесса, определяющей эти свойства, является зубошегингование, а для сталей 25ХГТ, 20Х113А - зубохонингование, зубояшифоваиие или зубообкаткд.

Для определения зависимости между значениями данного показателя качества на снежшх технологических операциях была установлена /юверительная зона для значений параметра после данной операции.

Эта зона задается 2-ня кривыни, уравнения которых

4 [ С? (X?

Ч1г (X) = V(X! I и 3"у\/1 + —- . ( 1 )

г и

где I - 100 - процентная точка I - распределения с (п-2) степенями свободы; Зу - среднее квадратнческое отклонение пзранетра у (параметр качества на последующей операции); п - обьен выборки.

(X - 1)

С/(Х) : 1---> ( 2 )

где X - среднее ари!метическое значение параметра качества на пред-аествуюяен операции; 5х - среднее квадратическое отклонение параметра X (параметр качества на предшествующей операции).

Подставив в уравнение (1) ма;ссинал! чо допустимое значение исследуемого параметра качества на выполняемой операции, определяем

значения Хдоп., т.е. нинииалыюе и наксинальное значения исходной величины данного параметра па предшествуюией операции.

Таким образои были рассчитаны значения исследуеных параметров качества поверхности зубьев на всех операциях механической и термической обработки деталей, изготовленных из различных материалов. Рассчитанные показатели, приведенные в соответствующих таблицах, используются на этапе проектирования технологически;; процессов.

При экспериментальной отладке технологического процесса эти значения необходиио уточнить для конкретных условий обработки по приведенным в диссертации нетодикан экспериментального исследования изненения параметров качества поверхности зубьев на различных операциях обработки.

Методика выбора оптимальных значений рехинов зубофрезерования с целью обеспечения необходимых значений параметров качества поверхности зубьев основана на решении системы полученных нани уравнений.

Если требуется обеспечить необходимый уровень двух параметров качества, решается систена 2-х уравнений, если только одного, то по данный уравнениям подбираются такие значения V и Б, которые обеспечат этот уровень.

Основные результаты работы

1. Выполненный анализ закопов распределения 4-х показателей качества поверхности, зубьев (шероховатости, микротвердости, остаточных напряжений 1-го и 2-го . рода) позволил установить, что распределение значений микротвердости и шероховатости поверхности зубьев в наилучшей степени описываются норналышм и логнориалышн законани распределения. Значения остаточных напряжений 1-го рода распределяются по закону Релея, а 2-го рода- - по законам Релея, равнонернлну и нормальному в зависимости от вида обработки.

Показано, что для описания Фактического распределения всех рассмотренных показателей качества с достаточной точностью ножет быть использован закон нормального распределения.

В отличие от ранее выполненных работ подобный анализ сделан впервые применительно к данным параметрам качества поверхности и операций обработки зубьев цилиндрических зубчатых колес.

2. Использование рентгеноструктурного анализа позволило установить взаимосвязь нежду никротвердостыо и остаточншга напряжениями 1-го и 2-го рода.

Установлено, что при зубофрезеровании особенно на повышенных режинах! тепловые процессы особенно значительны. Поэтону в поверхностной слое, неснотря на то, что он получает упрочнение (Н^ -1800-2500 НПа), обычно образуются растягивающие остаточные напряжения - 360-600 НПа).

На операции шевингования, где усилия резания почти в 2 раза меньше, происходит удаление тонкого наклепанного поверхностного слоя и снижение его твердости до Н^ = 1600-2100 НПа. Одновременно за счет значительного уменьшения теплового фактора по сравнению с силовын происходит образование в поверхностном слое сжимающих остаточных напряжений = 75-400 НПа).

3. Выявлен метод аналитического описания, устанавливающий вид зависимости, в наилучшей степени соответствующей взаимосвязи значений исследованных показателей качества на снежных операциях.. Показано, что с достаточной точностью (£= 7-19,5 '/•) -указанные взаимосвязи могут быть описаны с понопь» долинона 1-ой степени. Значения коэффициентов корреляции г для . значений никротвердости поверхности зубьев колес из различных материалов и для различных видов обработки составляют 0, 32-0,86; для шероховатости поверхности -0,36-0,82; остаточных напряжений 1-го рода - 0,54-0,9 и 2-го рода -0,65-0,88.

Тесная корреляционная связь нежду значениями исследованных параметров па снежных технологических операциях подтверждает наличие явления технологической наследственности при Формировании значений этих параметров на нескольких последовательных операциях механической и термической обработки цилиндрических зубчатых колес.

4. Выявлены закономерности влияния режимов зубофрезерования на показатели качества рабочих поверхностей зубьев, которые ногут быть описаны аналитическими уравнениями. Использование этих уравнений позволяет прогнозировать значения параметров качества и производительность процесса зубоФрезерования.

5. Методом решения уравнений, определяющих доверительную зону, в пределах которой лежат значения того или иного показателя качества поверхности зубьев, после данной операции определены промежуточные значення этих параметров по всем операциям механической и тер-

нической обработки, исходя из требуемых их значений на конечной операции.

6. С учетом результатов внедрения полученных результатов в условиях Минского завода шестерен установлено, что их применение позволяет улучшить значения параметров качества поверхности зубьев цилиндрических зубчатых колес на 20-30'/, повысить их прочность, износостойкость на 5-15Z, получить экономический эффект в условиях НЗИ в 200-250 тыс. руб. Кроне этого значительный экономический эффект в народном хозяйстве получен за счет улучшения условий эксплуатации тракторов НТЗ.

Основные результаты исследований опубликованы в-работах!

1. Кане H.H., Медведев А.И. Исследование изменения остаточных напряжений в поверхностном слое зубьев цилиндрических зубчатых колес тракторов после различных операций их обработки. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции, — Харьков, 1982.-С. 85-87.

2. Кане Н. Н., Недведев А. И., Ярошевич Г. Б. рентгеноструктурные исследования поверхностного слоя зубьев цилиндрических зубчатых колес после различных операций механической обработки. Сб. "Машиностроение".-Вын, 8.-Нинск, Вышэйшая школа , 1983.-С. '15-47.

J. Кане H.H., Недведев А.И. Исследование микротвердости зубьев в процессе механической обработки цилиндрических зубчатых колес. Сб. "Машиностроение", — Вып. 9. — Минск, Вышэйшая школа, 1984,-С. 21-23. -

'1. Кане И. И., Недведев А. И., Савченко Н. И. Исследование изменения остаточных напряжений в поверхностном слое зубьев цилиндрических зубчатых колес после различных операций их обработки. Сб. "Наши построение".-Вып. Ю.-Нинск, Вышэйшая школа , 1985.-С. 15-16.

5. Кане Н. Н., Недведев А. И. Изненение шероховатости рабочих поверхностей зубьев цилиндрических зубчатых колес в зависимости от режимов зубофрезерования. Сб. "Машиностроение". - Вып. Ю.-Нинск,

Вышэйшая школа , 1985.—С. 18-20.

6. Кане Н. М., Недведев А. И. Законы распределения параметров качест-. ва поверхностного слоя зубьев цилиндрических зубчатых колес. Сб.

"Машиностроение" .-Вш. 11/-Минск, Вышэйшая школа , 1986-0.7=5-75.

8.

9.

Кане М. И., Медведев Л. И., Савченко Н. И. Изменение остаточных напряжений на поверхности зубьев цилиндрических зубчатах колес в зависимости от режимов зубофрезерования. Сб. ' "Машиностроение".-ВЫП|,12, 1987,- С. 53-55.

КанеМ, М., Медведев А. И. Изненепие никротвердости рабочих поверхностей зубьев цилиндрических зубчатах колес в зависимости от режимов зубофрезерования. Сб. "Накиностроение*.- Вып. 13, 1988.-С. 25-20.

Кане Н. И., Медведев А. И. Выбор и обеспечение осповных характеристик качества поверхности зубьев цилиндрических зубчатах колес на различных операциях их изготовления. СТП 930-1379-90.