автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эксплуатационных показателей шевинговального инструмента на основе применения электроэрозионной обработки

Введение

I* Анализ литературы* Дели и задачи исследований

1.1. Анализ существующих методов формообразования стружечных канавок на шеверах резанием

1ЛЛ. Анализ схем нарезания стружечных канавок Ю 1.1.2. Геометрия режущих элементов

1»2. Электрофизические и электрохимические методы обработки

1.3. Современное состояние вопроса о электроэрозионной обработке

1*3*X. Производительность ЭЭО

1.3.2. Качество поверхности инструмента, обработанной ЭЭ способом

1.4* Постановка задачи и цели исследований

Выводы

2. Геометро*»кинематическое исследование процесса шевенгования и геометрия инструмента

2.1. Системы координат и формулы преобразования при кинематическом анализе

2.2« Зацепление шевера с зубчатым колесом и формула связи

2.3. Активные действующие линии при шевинговании

2.4. Скорости относительного движения при шевинговании 54 2*5« Относительная скорость профильного скольжения зубьев

2.6. Основные требования, предъявляемые к положению и форме режущих кромок шевера Выводы

3« Исследование взаимосвязи физико-химических процессов

ЭЭО при формировании режущих кромок шевинговального инструмента '

3*1« Точность и качество поверхностного слоя после ЭЭО

3.1.1. Методика измерения микротвердости и определение структуры поверхностного

3.1.2. Методика определения высоты микронеровно остей 89 3.2. Связь формы стружечной канавки с формой электродинструмента при ЭЭО 90 3*3* Исследование поверхностного слоя режущих элементов после электроэрозионной обработки

3.3.I* Структура поверхностного слоя

3.3.2, Микротвердость поверхностного слоя Ю

3.4. Производительность электроэрозионной обработки при формировании стружечных канавок шеверов

3.5. Выводы 120 4. Технология формирования стружечных канавок шеверов электроэрозионным способом

4.1. Схема с радиальной подачей электрод-инструмента

4.2. Схема с тангенциальной подачей ЭИ 123 4.3« Многоэлектродная и многоконтурная схема формирования стружечных канавок

4*4. Исследование режущих свойств опытных шеверов

4.4.I. Анализ геометрии режущих элементов шеверов после электроэрозионной обработки 138 4*4.2. Исследование эксплуатационных показателей нового шевера х

4.4.3. Результаты стойкостных испытаний шеверов 14в

В машиностроении большую и наиболее трудоемкую долю занима» ет производство различных зубчатых передач* При массовом и крупносерийном производстве зубчатых колес с модулем Л1 < 10 наибо» лее производительным процессом отделки активных поверхностей зу~ бьев является операция шевингования /34, 60/«

До недавнего времени шевингование вполне удовлетворяло про« изводство, однако с ростом технических показателей зубчатых пе» редач все более высокие требования предъявляются к качеству зубчатых колес*

Качество зубчатых колес в свою очередь определяются на отделочных операциях и зависит от эффективности процесса шевингования, а именно от качественных и эксплуатационных показателей самого инструмента (шевера) совершенством его конструкции геометрии и стойкости режущих элементов*

Применяемые в настоящее время зубчатые шевера /34, 50, 60/ не обладает теми качественными показателями, которые диктует со» временный уровень производства зубчатых колес* Шевера имеют невысокую стойкость, режущие элементы не обладают достаточной изгиб* ной прочностью и износостойкостью, что приводит к преждевременному выходу инструмента из строя*

Следует отметить существенные недостатки, присущие шеверам, изготовленным традиционным методом* Поскольку долбление стружеч* Ных канавок производится до териичеекой обработки, последняя вы* зывает остаточные напряжения на режущей части инструмента, что в свою очередь вызывает выкрашивание лезвийных элементов в про* цессе шевингования* Шевинговальный инструмент также не учитывает распределение нагрузки по зубу, в результате происходит не равно* мерный съем припуска (т.е. значительное искажение профиля в зоне начальных поверхностей)* Направление в форма лезвийных элементов не увязаны с геометрокинематмческой схемой процесса шевингования. Форма поперечного сечения элементов не обеспечивает положительных передних углов» что отрицательно сказывается на качестве обработ* ни /8, 12, 62/.

Наиболее эффективный путь совераенствования технологии из* готовления зубчатых шеверов и повышения их эксплуатационных ха* рактеристик заключается в применении электроэрозионного способа обработки /64/* Благодаря уникальным возможностям данного спосо» ба обработки! раскрываются новые перспективные пути формообразования и получения поверхностей с особыми свойствами* Появляется возможность формировать стружечные канавки на термически обработанных поверхностях* Это приводит к значительному снижению дефектов на ревущих элементах невера, которые обычно возникают при закалке и последующем шлифовании (прижоги, мнкротрещнны и т.п.)»

При соответствующей реконструкции электрода-инструмента, специально выбранной системе подач можно получить рещуцне эле» ментм мевера с положительным передним углом режущего клина. Это позволяет, во-первых, снизить усилия резання н тем самым способ* ствует повыменмю срока службы инструмента, к, во-вторых, позволяет увеличить изгнбную прочность режущих элементов^ 8а счет снижения концентрат» напряжений у основания режущих элементов* Важно отметить также, что данный вид обработки позволяет полу» чить криволинейные стружечные канавки любого направления* Это необходимо для повыиения качества обработки за вчет выравнивания условий резания /б, 8, 10/. Мспользование этого вида обра* ботки в инструментальном производстве, в частности при изгоев* лении твердоеплавленных вырубных штампов, приводит к повышению износостойкости этих штампов в 1,5 - Z раза /6, 54, 69/*

Результаты исследования показали, что для получения инстру» мента с повышеяаммк эксплуатационными характеристиками, обладающего высокой стойкостью и обеспечивающего высокое качество об* работки, требуется решить ряд сложных научных и кон струи орско-технологических задач, связанных как с изучением определения оптимально! геометрии рещущих элементов шеверов, созданием новой прогрессивной технологии их изготовления, так и исследованием вопросов формообразования поверхности при электроэрозмонном способе обработки. Ременню этой задачи посвящена данная работа* ре^гь pflgoifl - повышение эффективности процесса шевингования * это качество и точность воспоиаведения геометрических форм об» рабатываемой поверхности, снижение трудоемкости изготовления Неверов и увеличение стойкости инструмента путем выбора рациональной геометрии режущих элементов с применением электроэрозионной обработки и определение таких параметров ШэО, при которых достигаются высокие эксплуатационные показатели режущих эжемен

TOB« аучрая новизна состоит в раскрытии и формализации внутренних функциональных взаимосвязей процесса шевингования и заключается в следующем;

- геометро-кинематической модели процесса шевингования, учитывающей систему ишевер»детальи;

- математической модели станочного зацепления при шевинговании с учетом двухпрофильного контакта поверхностей сопрягав* мых зубьев инструмента и изделия;

- методике расчета электрода инструмента при электроэрози* онном формировании стружечных канавок шевинговального инструмента.

Практическая деннодть - повышены эксплуатационные показатели шевинговадьного инструмента на оенове применения электроэрозионной обработки при формировании стружечных канавок* Работа соетоит иг 4 глав*

В главе I проведен анализ литературных источников по вопро* саV, связанный с современными методами формирования стружечных канавок зубошевенговальиого инструмента, в частности, цилиндрического шевинговального инструмента* Также рассматриваются некоторые методы электрофизической обработки и их технологические показатели. Формулируется задача формообразования стружечных канавок на шевинговальном инструменте, приводится схема его решения* главе 2 на основе математической модели станочного зацеп» ления при шевинговании проведены геометрокинематические исследования^ частности, расположение режущих кромок инструмента к активно действующим линиям и к векторам относительных скоростей в зацеплении системы "шевер-обрабатываемое колесо"* Исследовано изменение активно действующей линии при различных значениях угла скрещивания осей вращения шевера и изделия*

В главе 3 исследуется взаимосвязь физико-химических процессов ЭЭО при формировании шевинговального инструмента, это связь формы поверхности формируемой полости с формой электрода* Исследуется влияние параметров ЭЭО на структуру, микротвердость и на величину износа электрода инструмента. Найдена зависимость производительности ЭЭО от величины и формы рабочей площади ЭИ*

В главе 4 описывается технологические особенности формирования стружечных канавок шеверов электроэрозионным способом* Представлены различные схемы формирования стружечных канавок. Исследовано влияние данных схем на технологические показатели инструмента. Представлены результаты стойкостных испытаний модифицированных шеверов.

I. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРЫ* ЦЕЛИ 0 ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В результате проведенного анализа, а также теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующее заключение*

Применение электроэрозионной обработки при формировании стружечных канавок на шеверах позволяет:

• получить упрочнение режущих кромок;

- расширить технологические возможности в получении стру*» жечных канавок модифицированной геометрии; формировать режущие элементы после окончательной термов обработки шевера;

- получить режущие элементы повышенной изгибной прочности за счет отсутствия концентраторов напряжения у их основания!

Все эти преимущества повышают срок службы шевера, улучшают условия резания, уменьшают забивание полости канавок стружкой*

К результатам исследований можно отнести следующее*

X* Проведен геометрический анализ формообразования режущих элементов при существующих в настоящее время методах нарезания стружечных канавок на шеверах*.

2* Разработана математическая модель станочного зацепления при шевенговании с учетом двухпрофильного контакта поверхностей, сопрягаемых зубьев инструмента и изделия*

3* Выполнено геометро^кинематическое исследование процесса шевингования зубчатых колес* Результаты «их исследований позволили выявить причины возникновения дефектов при шевинговании зубчатых колес стандартными шеверами*

4* Сформулированы основные требования, предъявляемые к рас* положению и форме режущих кромок шевера*

5* Выполнено металлографическое и рентгено«»структурное исследование поверхностного слоя режущих элементов шеверов после электроэрозионной обработки* На основе выполненных исследований определены оптимальные электрофизические параметры обработки, обеспечивающие наиболее благоприятную структуру поверхностного слоя, при которой достигается повышение стойкости шеверов*

6* Разработава методика расчета формы стружечвой канавки шевера, образующейся при ЭЭО по известной первовачальной форме ЭИ*

7* Разработана методика расчета производительности ЭЭО , на основе которой предлагаются способы увеличения скорости съема металла при формировании стружечных канавок шевинговального инструмента*

8* Разработаны технологические схемы одноконтурного и многоконтурного формирования стружечных канавок ЭЭО при использовании стандартного электроэрозионного оборудования«.

9* Проведены экспериментальные исследования нормированию стружечных канавок на зубьях шеверов ЗЭ@* Опытная партия шеверов была подвергнута стойкостным и качественным испытаниям*

1. Адам Я.И., Овумян Г*Г. Применение зубообрабатывающего инструмента из быстрорежущих сталей для обработки зубьев повышенной твердости. Усовершенствование зубообрабатывающего инструмента. Материалы конференции. M. 1969 г.

2. Александров В.П. Исследование технологических характеристик электроэрозионной обработки жаропрочных материалов. М.: Наука, 1964 г.

3. Ананьев Н.Т. Факторы, влияющше на качество поверхности при шевинговании. Прогрессивная технология машиностроения, 3 -г. Тула. Приокское книжное изд. i960 г.

4. Артамонов Б.А., ВишницкиЙ А.Л., Волков U.C., Глазков А.В. "Размерная электрическая обработка металлов" под ред. к.т.н., доц.

5. Глазкова А.В., М. "Высшая школа" 1976 г.

6. Бабак В.Ф. Исследование условий резания при шевинговании зубчатых колес. Усовершенствовани е зубообрабатывающего инструмента. Материалы конференции. M.I969 г.

7. Бобров В.Ф. Влияние угла наклона главной режущей кромкиинструмента на процесс резания металлов. М.Машгиз, 1976.

8. Болотовский И.А. Зубчатые передачи, кинематика геометрии и кинетостатика. Уфимский авиационный институт им. Ордженшшдзе, 1971 г.

9. Гуляев К.И. Коррелирование цилиндрических прямозубых колес внешнего зацепления, ЛПИ им. М.И.Калинина Л. 1963 г.

10. Гуляев К.И., Замаруев Г.Б. Теоретическое исследование по шевингованию конических колес с круговым зубом. Отчет о научно-исследовательской работе, ЛПИ им. М.И.Калинина Л. 1968 г.

11. Гуляев К.И. Филиппов С.П. (¿¡¡расположении режущих кромок шевера. Тезисы доклада 3-го Всесоюзного симпозиума по теории и геометрии пространственных зацеплений г.Курган 1979 г.

12. Кадилин В.Д. Производство шеверов. М., 1941 г*

13. Клепиков В.Д. Шевинг-процесс. И. Машгиз. 1946 г.21« Козлов Д.Н. Шевингование. М., "Высшая школа" 196? г.

14. Колчин Н.И. Механика машин, т. I. Л. Машиностроение.1971 г*23* Корзинкин В.И. Шевингование губчатых колес. Станки и инструмент. № 8. М. 1962 г.

15. Лазаренко Ц.И. Технологический процесс изменения исход«* ных свойств металлических поверхностей электрическими импульсами. i960 г. АНСССР.

16. Левинсок E.M«, Лев B.C. "Злектроэрозионная обработка металлов. Справочное пособив электротехнологии. Лениздат 1972 г.

17. Либуркин Л.Я. Образование поверхности колеса движением производящей линии. Машиностроение № 6. М., 1973 г.

18. Лившиц А.Л., Кровец А.Т., Рогачев Н.С., Сосенко А.Б. Электроимпульсная обработка металлов. М., 1967 г.

19. Лившиц А.Л», Отто М.Ш., Ривкин Э.М. //Электрофизические и электрохимические методы обработки. Научно технический реферат, сборник./НШмаш. 1971. № 7. с.1-6.

20. Лившиц А.Л., Меламед Л.Э. О физическом механизме износа электродов при электроэрозионной обработке М., ЭНШАС. I97I.

21. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений М., Наука i960 г.

22. Филиппов С.П», Зискиндович В.А., Тимофеев Б.П., Чубаков П.М. Исследование стойкости зубчатых шеверов с модифицированной геометрией режущих элементов. Отчет НИР. 917 266. ЛПН им. Калинина, 1981.

23. Филиппов С.П., Наркобилов М.А., Электротехнология, применяемая при изготовлении зубообрабатывавщего инструмента УДК 621.78.063. (088.8). НПО "Информ ТЭИ", "Техника. Технология. Управление". Л» 3 4, I99I.

24. Филиппов С.П«, Наркобилов М.А., Повышение качества ше~ винговального инструмента при использовании электроэрозионной обработки для формирования режущих элементов. УДК 621.9.048. "Техника. Технология. Управление." № I. 1992.

25. Халебский И.Т. Шеверы дисковые. Расчет и проектирование. РТМЗ. 1977. (проект).

26. Четвериков С.С., Фотеев Н.К. Электроискровая обработка режущих элементов твердосплавных вырубных штампов 1960. АНСССР.

27. Сайке Основные теории и практики шевингования зубчатых колес. Журнал ^Юсгс^Печ^, январь 23. 1953.

28. Дорлингтон ) Некоторые соображения об износе судовых зубчатых передач. ЖурналгСпе Чгат'асНо*? •• ^ 58. ш 9. 1956.

29. Геометрические параметры исследуемых ¡Неверов

30. Наименование параметра Типоразмеры1. Обозначение I 2 3черт & черт 933950390 № черт 9339* 503801. Число зубьев г 61 27 29

31. Модуль нормальный, мм /Г? л. 3,5 6 6

32. Угол исходного контура 20° 20° 20°

33. Диаметр вершин, мм 6?а. о 220,9 186,92

34. Диаметр делительной окружности, мм ¿0 216,576 167,785

35. Диаметр основной окружности, мм 6о 203,172 156,943

36. Угол наклона линии зуба на делительном цилиндре (направление) л т» левое /5° правое правое

37. Толщина зуба на делительном цилиндре, мм Я 5,77 12,10

38. Ширина зубчатого венца, мм В 25 20 20

39. Диаметр окружности отверстий, мм Дф 152, 5

40. Диаметр отверстия (сверла), мм (£се 5 7 7

41. Геометрические параметры новых шеверов