Изготовление зубчатых колес. Материалы. Заготовки. Маршрут обработки.

Зубчатые колеса делят на цилиндрические, конические и червячные. Первые наиболее распространены. Их выполняют одно- и многовенцовыми (блочными). По конфигурации зубчатые колеса делают в виде дисков с гладкими или шлицевыми отверстиями, а также и виде фланцев и валиков (с хвостовиками). У цилиндрических колес зубья выполняют прямыми, спиральными и шевронными; у конических — прямыми, косыми и криволинейными.Допуски цилиндрических эвольвентных зубчатых колес регламентированы ГОСТ 1.643-72 со степенями точности от 3 до 12. В машиностроении в основном применяют 5, 6 Л, 8 и 9-ю степени. ГОСТом установлены требования к кинематической точности зубчатых колес, плавности их работы и контакту зубьев. Допуски на конические зубчатые передачи установлены ГОСТ 1.758-72, а на червячные передачи- ГОСТ 3.675-72.

Нарезание цилиндрических зубчатых колес с прямым зубом можно выполнить на горизонтальных и универсальных фрезерных станках при помощи делительной головки модульными дисковыми фрезами. Этот метод, называемый методом копирования, заключается в последовательном фрезеровании впадин между зубьями фасонной дисковой модульной фрезой. Такие фрезы изготовляются набором из 8 или 15 штук для каждого модуля. Обычно применяют набор фрез из 8 штук, обработка которыми позволяет получать зубчатые колеса 9-й степени точности по ГОСТ 1.643-72, но для изготовления более точных зубчатых колес требуете я набор из 15 или 26 штук. Такое количество фрез в каждом наборе необходимо потому, что для различного числа зубьев колес размеры впадин между зубьями различны. Каждая фреза набора предназначена для определенного интервала числа зубьев.

Зубчатые колеса обычно нарезаются по одной или по несколько штук на оправке, что увеличивает производительность за счет времени, затрачиваемого на врезание и выход фрезы, а также за счет вспомогательного времени. Если на шпиндельной оправке расположить две или три фрезы каждая из которых будет прорезать впадины зубьев у одной группы заготовок, то производительность будет еще больше. В этом случае применяют многошпиндельные делительные головки. Применение для этих целей полуавтоматических станков, у которых все вспомогательные движения (подход заготовок к фрезам, отход их в исходное положение, поворот заготовок на один зуб и останов станка) совершаются автоматически, также повышает производительность. Значительное увеличение производительности достигается применением твердосплавных фрез.

Нарезание зубьев цилиндрических колес средних модулей 8- 9-й степеней точности можно производить одновременно двумя дисковыми модульными фрезами.

Черновое нарезание таких же зубчатых колес средних и крупных модулей осуществляется тремя дисковыми, но не модульными, а «угловыми» фрезами (рис.155, а). Черновое нарезание крупномодульных (с модулем более 30 мм) прямозубых колес можно нарезать специальными дисковыми фрезами (рис.155, б) при этом станок должен быть оснащен специальными шпинделями. Одним шпинделем можно фрезеровать отдельно каждую сторону зубьев. Производительность в этом случае будет почти в два раза меньше. Но зато можно использовать универсальный или горизонтально фрезерный станок.

Дисковыми модульными фрезами можно также обрабатывать цилиндрические зубчатые колеса с косым зубом, поворачивая фрезу на угол наклона зуба.

Пальцевыми модульными фрезами нарезают зубья средних и крупномодульных цилиндрических, шевронных колес, реек и др. Зубья очень крупных модулей (более 20мм) начерно нарезают двуугловой пальцевой фрезой или последовательно двумя угловыми пальцевыми фрезами. Нарезание зубьев цилиндрических зубчатых колес дисковыми модульными фрезами, а также пальцевыми фрезами применяется преимущественно в единичном и мелкосерийном производстве при отсутствии специальных зуборезных станков, так как такой способ нарезания дает сравнительно малую производительность и точность 9-11-й степеней.

Нарезание зубьев зубчатых колес методом обкатки. Этот метод обработки зубьев заключается в том, что в процессе обработки воспроизводится зацепление зубчатой пары, в которой одной деталью является режущий инструмент, а другой - нарезаемое зубчатое колесо.Нарезание зубьев цилиндрических зубчатых колес с прямым, косым и криволинейным (винтовым) зубом производится с помощью: а) червячных фрез (зубофрезерование) б) долбяков в виде шестерен (дисковых) и в) долбяков в виде гребенок- реек (зубодолбление). Требование высокой точности и плавности зацепления зубчатых колес, а также стремление повысить производительность зубонарезания привели с созданию специальных зуборезных станков. Наиболее распространенными являются станки, образующие профиль зуба путем фрезерования или долбления режущими кромками инструмента в непрерывном процессе обкатки. При обработке долблением получается более правильный профиль, чем при фрезеровании, так как в этом случае неточности инструмента значительно меньше отражаются на профиле зуба, но зато возникающие при обработке удары вредно влияют на станок и инструмент. Вследствие этого метод долбления применяется главным образом для чистового нарезания зубьев; метод фрезерования двух- или трехзаходными фрезами, как наиболее производительный, применяется главным образом для чернового нарезания; фрезерование однозаходными фрезами применяется для чистового нарезания. Методом фрезерования можно нарезать большее количество видов зацепления, как-то: цилиндрические зубчатые колеса с прямым и косым зубом, червячные зубчатые колеса, червяки, цепные колеса.

Фреза закрепляется в суппорте, который должен быть повернут так чтобы ось фрезы была наклонена под углом а подъема винтовой пинии витков фрезы. Нарезаемое зубчатое колесо устанавливается на столе станка; он имеет перемещение по станине для установки на глубину зуба и вращательное движение, благодаря которому осуществляется обкатка зубчатого колеса по отношению к червячной фрезе. Суппорт с фрезой осуществляет подачу движением вдоль оси зубчатого колеса. При фрезеровании зубчатых колес с косым зубом фреза устанавливается с учетом наклона винтовой линии витков фрезы и угла спирали зуба зубчатого колеса. Если направление наклона винтовой линии фрезы а нарезаемого зубчатого колеса одинаковое, т. е. если фреза и зубчатое колесо правозаходные или левозаходные, то угол установа фрезы равен разности углов фрезы и зубчатого колеса, т. е. β ’= α -β; если где направление наклона винтовой линии фрез и зубчатого колеса различно то угол установа равен сумме углов, т. е. β ’= α +β.

В зависимости от величины модуля устанавливается число проходов фрезы: зубчатое колесо с модулем до 2, 5 мм обычно нарезают за один ход начисто; зубчатое колесо с модулем более 2, 5 мм нарезают начерно и начисто в два и даже в три хода.

Для черновых ходов применяются двух- и трехзаходные червячные фрезы, которые увеличивают производительность, но снижают точность обработки по сравнению с однозаходными. Поэтому эти фрезы попользуют главным образом для предварительного нарезания зубьев. Для повышения точности зубофрезерования и чистоты обработанной поверхности, а также увеличения стойкости червячной фрезы рекомендуется в процессе резания перемещать червячную фрезу вдоль оси из расчета 0, 2 мк за один оборот её. Современные станки имеют специальное устройство для осевого перемещения фрезы. Это перемещение может осуществляться: 1) после нарезания определенного числа колес; 2) после каждого цикла зубофрезерования, во время смены заготовок; 3) непрерывно при работе фрезы.В последнем случае происходит диагональная подача фрезы как результат сложения движения подач вдоль оси заготовки и вдоль собственной оси фрезы.

Нарезание червячных зубчатых колес. При нарезании червячных зубчатых колес ось фрезы устанавливается перпендикулярно оси обрабатываемого колеса и точно по центру ее ширины Нарезать червячные зубчатые колеса можно; 1) способом радиальной подачи, 2) способом тангенциальной подачи; 3) комбинированным способом. Нарезание червячных колес способом радиальной подачи более распространено, чем другие способы. При этом способе фреза и нарезаемое зубчатое колесо вращаются; скорости вращения их рассчитываются так, чтобы за один оборот фрезы зубчатое колесо повернулось на число зубьев, равное числу заходов червяка. В отличие от нарезания цилиндрических зубчатых колес суппорт с фрезой стоят на месте, стол же с укрепленным на нем нарезаемым зубчатым колесом осуществляет горизонтальную подачу s на глубину зуба по направлению к фрезе, т.е. в радиальном направлении. В зубофрезерных станках, работающих по методу обкатки, предназначенных для нарезания зубчатых колес большого диаметра, горизонтальная подача осуществляется не столом с заготовкой, а стойкой, несущей суппорт с фрезой. Способ радиальной подачи применяется главным образом для нарезания червячных зубчатых колес однозаходных и реже-двухзаходных.

Способ тангенциальной подачи применяется главным образом для нарезания червячных зубчатых колес к многозаходным червякам; он выполняется при помощи специального суппорта, позволяющего осуществлять тангенциальную(т.е, по касательной линии к зубчатому колесу) подачу фрезы.

Нарезание червячных зубчатых колес комбинированным способом применяется при нарезании единичных ненормализованных червячных зубчатых колес, для которых изготовление червячных фрез экономически не оправдывается. Нарезание производится последовательно двумя резцами- черновым и чистовым; резец закрепляется в оправке, представляя как бы однозубую фрезу.Чистовой резец изготовляется точно по профилю, а черновой уже чистового, благодаря чему остается припуск, примерно равный 0, 5 мм на сторону зуба. Черновой резец врезается на установленную глубину с радиальной подачей после чего чистовой дорезает зуб с тангенциальной подачей. Резцы- черновой и чистовой- можно менять; часто закрепляют оба резца в одной оправке на определенном расстоянии один от другого. Нарезание зубьев червячного глобоидного колеса обычно состоит из двух операций; предварительного нарезания при радиальной подаче и чистового нарезания при круговой подаче и точно заданном межосевом расстоянии. Инструментом для предварительного и окончательного нарезания зубьев глобоидного колеса в индивидуальном и мелкосерийном производствах являются два «летучих» резца. Кроме этих резцов как предварительное, так и окончательное нарезание можно производить глобоидной гребенкой или глобоид ной фрезой.

Материал зубчатого колеса выбирается в зависимости от сил, передаваемых колесом. Слабонагруженные зубчатые колеса изготовляются из низкоуглеродистой стали, чугуна и пластмасс. Несущие значительную нагрузку зубчатые колеса изготовляются из цементируемых закаливаемых углеродистых и легированных сталей. Материалом для червяков служат низкоуглеродистые и легированные стали. Червячные колеса изготовляются из бронзы, антифрикционного чугуна и т. п.

Заготовки и материал зубчатых колес. Заготовки зубчатых колес в серийном производстве выполняются на ковочных молотах и подкладных штампах; в крупносерийном и массовом производствах- на штамповочных молотах в закрытых штампах. В массовом производстве заготовки диаметром до 175 мм изготовляются также на горизонтально-ковочных машинах в разъемных штампах; этот способ особенно выгоден, когда контур заготовки имеет сложный профиль или выемки между венцами.

Стальные нагруженные зубчатые колеса и червяки диаметром не более 50 мм изготовляются из калиброванных прутков. Заготовки червяков диаметром более 50 мм получаются штампованием, а заготовки червячных колес- литьем.

Целесообразно заготовки зубчатых колес получать с предварительно прошитым отверстием; это возможно если диаметр отверстия не менее 25 мм, а его длина не более двух диаметров отверстия. При получении заготовки на горизонтально-ковочной машине отношение длины отверстия к его диаметру может быть допущено до 5.

Точность заготовок, полученных на штамповочных молотах, соответствует 9-му классу, на прессах- 7-8-му классам точности.

Штамповочные уклоны на заготовках допускаются до 3 до 7°. Большие уклоны рекомендуется предусматривать на внутренних поверхностях колесa, меньшие - на наружных.

Термическая обработка заготовок зубчатых колес, подвергающихся цементации, заключается в нормализации; не подвергающихся цементации- в улучшении до твердости НВ 220....280.