Способ моделирования процесса электромеханической обработки зубчатых колес

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для исследования процесса электромеханической обработки зубчатых колес. Цель изобретения - повышение точности получаемых результатов. Способ заключается в обкатывании цилиндрического инструмента диаметром D, равным D 0,5mzsinao, по плоскому образцу, в котором на расстоянии h от обрабатываемой поверхности выполняют отверстия диаметром d, равным d 4,5m, располагая их друг от друга на расстоянии , равном Б 10т, а по кратчайшему расстоянию между обрабатываемой поверхностью и поверхностями отверстий выполняют тонкие разрезы, соединяюш,ие эти поверхности и имеюшие ширину А, много меньшую диаметра отверстия. Между плоским образцом и инструментом пропускают ток. По качеству упрочнения в полюсе зацеп.тения можно судить о качестве упрочнения остальной части эвольвентного профиля зубчатого колеса. 3 ил. с (О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„, 1412862 А1 дц4 B21H502

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4257747/31-27 (22) 08.06.87 (46) 30.07.88. Бюл. № 28 (71) Курганский машиностроительный институт (72) В. П. Пономарев, В. А. Борисов и Н.. М. Заикин (53) 621 771.67(088.8) (56) Шиленков В. Ф. Исследование электромеханического упрочнения зубчатых колес в условиях ремонтного производства. — Диссертация. шифр ГБЛ DK, Ульяновск, 69 — 5

М2

1969, с. 65 — 67, рис. 13, 14. (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС (57) Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для исследования процесса электро. механической обработки зубчатых колес.

Цель изобретения — повышение точности получаемых результатов. Способ заключается в обкатывании цилиндрического инструмента диаметром D, равным D = 0,5гп7з1пав, по плоскому образцу, в котором на расстоянии h от обрабатываемой поверхности выполняют отверстия диаметром d, равным d =

=4,5m, располагая их друг от друга на расстоянии Е, равном 0 = 10m, а по кратчайшему расстоянию между обрабатываемой поверхностью и поверхностями отверстий выполняют тонкие разрезы, соединяющие эти поверхности и имеющие ширину Л, много меньшую диаметра отверстия. Между плоским образцом и инструментом пропускают ток. По качеству упрочнения в полюсе зацепления можно судить о качестве упрочнения остальной части эвольвентного профиля зубчатого колеса. 3 ил.

1412862

d =2йз+ Л, ) 28з = hd — —"

8 (4) Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для исследования основных закономерностей процесса электромеханической обработки зубчатых колес.

Цель изобретения — повышение точности получаемых результатов за счет учета теплоотвода в полюсе зацепления зуба колеса.

На фиг. 1 представлена схема для расчета площади исследуемого эвольвентного зуба; на фиг. 2 — устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 3 — схема, поясняющая способ.

Способ осуществл яется следующим образом.

В плоском образце 1, являющемся моделью исследуемого зубчатого колеса, параллельно оси цилиндрического зубчатого инструмента 2 выполняют отверстия 3 диаметром d, располагая их друг от друга на расстоянии (и на глубине h от обрабатываемой поверхности. На части плоского образца между его обрабатываемой поверхностью и отверстием 3 по его оси 4 выполняют сквозной гцелевой разрез 5 шири ной Л, который по меньшей мере на 2 порядка меньше диаметра отверстия 3, т.е.

Л« д.

Образец 1 устанавливают в приспособ ление 6, которое располагают на столе станка 7, изолированном от него диэлектрической прокладкой 8. Инструмент 2 закреплен в держателе 9. Инструмент 2 вводят в контакт с образцом 1, устанавливая при этом необходимую нагрузку P. От электрической установки 10 в зону контакта инструмента 2 и образца 1 подводится рабочий ток Ip.

В процессе обработки образец 1 вместе с приспособлением 6 и столом станка 7 совершают возвратно-поступательное движение с заданной скоростью v относительно неподвижного держателя 9. Вращение инструмента 2 вокруг своей оси осуществляется за счет сил трения. Инструмент проходя над отверстиями, позволяет получить в этом месте такие же тепловые контактные условия, а следовательно, и характер упрочнения, как и у зуба исследуемого зубчатого колеса.

Как видно из фиг. 3 выполнение отверстия в плоском образце 1, являющемся моделью исследуемого зубчатого колеса, позволяет получить два ограниченных обьема металла, площади которых в торцовом сечении заштрихованы и обозначены и Ьзз)), причем Яз =- ЯЯ (фиг. 3).

Указанные объемы металла являются аналогами зубьев исследуемого зубчатого колеса, так как они, как и зубья реального зубчатого колеса, представляю.r собой полусамостоятельные обьемы металла и соединяются с основной массой образца через условную пло1цадку, показанную на Фиг. 3 пунктирной линией. С выполнением в плоском образце отверстий в нем образук>тся как бы два зуба, расположенные apyr к другу вершинами, расстояние между которыми равно

Л (полученные объемы металла — зубья модели) . Высота зуба модели, обозначенная через (тзз, очевидно, должна быть равна высоте зуба реального исследуемого зубчатого колеса.

Согласно фиг. 3 диаметр отверстия 4 ра10 вен где h — высота зуба модели, равная высоте зуба исследуемого зубчатого колеса, мм;

Л вЂ” ширина тонкого разреза, соединяющего поверхность отверстия с обрабатываемой поверхностью, мм.

Высота зуба зубчатого колеса обычно

20 вычисляется по формуле h3 = 2,25m, где

m — модуль зубчатого колеса. Поскольку величина Л много меньше величины 2hq, т е. Л « 211зз, нею можно пренебречь.

В связи с этим зависимость (1) получают

d = 4,5m (2) где m — модуль исследуемого зубчатого колеса, мм.

Величину h, характеризующую расположение отверстия относительно обрабатывае30 мой поверхности, необходимо выбрать такой, чтобы площадь зуба модели в торцовом сечении, т.е. Szi = зз = . )з, была равна площади зуба в торцовом сечении исследуемого зубчатого колеса, те. $з = S3, где

Я вЂ” площадь зуба исследуемого зубчатого

З5 колеса в торцовом сечении. Для этого нем обходимо найти площади S3 и Ьз. Площадь зуба исследуемого зубчатого колеса в торк цовом сечении S3 вычисляется по известной зависимости (на фиг. 1 искомая плок щадь 8з заштрихована, т.е. площадь зуба к колеса S ограничена боковыми эвольвентными поверхностями, окружностью вер шин и окружностью впадин)

S3 = (Ig"ÿd — Ig àt) +г Ч а — г, Ч", (3) де гВ, г0 ff — радиусы окружностей: основной, вершин и впадин соответственно; а., а — углы профиля на окружностях вершин и впадин, соответственно;

Ч) а, Ч" — углы, стягивающие соответствующие дуги на окружностях вершин и впадин соответственно.

Площадь зуба модели в торцовом сечем нии находят из фиг. 3. Площадь Яз выража55 ется в виде:

1412862 н h(l л(1

8з= — — —2 (5) 5

D = 0,5mz sin а (9) 35

55

После преобразований получают

Приравнивают выражения (3) и (5), т.е. выполняют условие $з = Ьз и выражают величину h. После преобразований получают а

h — (— (tgза,— tg а ) + гаЧ,— r1V1) + (6) Располагают отверстия на таком расстоянии друг от друга, чтобы при обработке участка обрабатываемой поверхности над одним отверстием, аналогичный участок над другим (соседним) отверстием не подвергался термическому влиянию со стороны соседнего отверстия. Предварительные эксперименты показывают, что величину F можно принимать равной величине 10m, т.е.

F= 10m где m — модуль исследуемого зубчатого колеса, мм.

Диаметр D цилиндрического инструмента

2 (фиг.3) выбирается из следующих соображений. Для того, чтобы при ЭМО плоского образца достичь таких же тепловых контактных условий как при ЭМО реальных зубчатых колес необходимо, чтобы при прочих равных условиях площадь контакта цилиндрического инструмента и плоского образца была такой же, как в контакте зубьев колес. Как известно, площадь контакта двух тел можно охарактеризовать величиной приведенного радиуса кривизны.

Величина приведенного радиуса кривизны в контакте цилиндрической и плоской поверхностей является, как известно, величиной постоянной, независящей от взаимного положения этих поверхностен и равной величине радиуса цилиндрической поверхности.

Величина приведенного радиуса кривизны в контакте двух эвольвент не является величиной постоянной и зависит от положения контактной точки на эвольвентном профиле, причем наибольшую величину приведенный радиус кривизны имеет в полюсе зацепления. Ввиду того, что приведенный радиус кривизны в полюсе зацепления имеет наибольшую величину по профилю, площадь контакта зубьев в этой точке также будет наибольшей по профилю зуба. Это приводит к тому, что полюс зацепления является той точкой на профиле зуба, которая меньше всего подвергается упрочнению, так как наибольшая площадь контакта зубьев в этой точке обуславливает, при прочих равных условиях, наименьшую по профилю зуба плотность электрического тока в контакте, а следовательно, и наименьшую величину контактных тепловыделений.

Поэтому, обеспечив при ЭМО зубчатых ко. лес требуемое качество упрочнения в полюсе зацепления, можно предположить, что остальная часть эвольвентного профиля будет упрочнена не хуже чем в полюсе. В связи с этим контроль качества упрочнения обычно производят в полюсе зацепления. Данное обстоятельство приводит к тому, что в предлагаемом способе моделируется контакт зубьев в полюсе зацепления. При этом необходимо, чтобы площадь контакта, а следовательно, и приведенный радиус кривизны в контакте были одинаковыми при взаимодействии цилиндрического инструмента с плоским образцом и при взаимодействии двух зубьев в полюсе зацепления.

Приведенный радиус кривизны в полюсе зацепления двух зубьев при одинаковых числах зубьев инструмента и обрабатываемого зубчатого колеса (это допущение принимают для простоты получаемых зависимостей) определяется по известной формуле р} Р 4 mz з п а в 1 (8)

Поскольку приведенный радиус кривизны в контакте цилиндрической поверхности и плоской равен радиусу цилиндрической поверхности, то радиус цилиндрического инструмента также вычисляется по зависимости (8). Значит, диаметр цилиндрического инструмента в предлагаемом способе определяется по зависимости

Пример. При экспериментальной проверке предлагаемого способа моделирования процесса ЭМО зубчатых колес моделируется контакт зубьев в полюсе зацепления инструмента, имеющего параметры m

= 3 мм; Zi = 50; Xi = 0; ширина зубчатого венца 14 мм, выполненного из стали

Р6М5, и обрабатываемого зубчатого колеса, выполненного из стали 45 и имеющего параметры m = 3 мм; Х = 50;

Х = О, ширина зубчатого венца 10 мм. В результате моделирования получают модель зубчатого колеса в виде плоского образца, выполненную в соответствии с указанными рекомендациями.

В плоском образце, выполненном из стали 45, на глубине h = 10,11 мм (см. формулу (6) ) от обрабатываемой поверхности выполняют пять отверстий диаметром d

50 = 13,5 (см. формулу (2) ) . .Эти отверстия располагаются на расстоянии F = 30 мм (см. формулу (7) ) друг от друга. Ширина обрабатываемой поверхности плоского образца равна 10 мм, аналогично ширине зубчатого венца обрабатываемого колеса. Цилиндрический инструмент, которым производится обработка модели, выполнен из стали

Р6М5, имеет диаметр D = 25,7 мм (см. формулу (9)) и ширину 14 мм.

1412862

Электромеханическая обработка моделей производится на специально оборудованном для этой цели горизонтально-фрезерном станке модели 6М82Г. В качестве источника тока применяется сварочная машина для контактной сварки модели МТП вЂ” 806У4 мощностью 100 кВт. ЭМО моделей осуществляется при следующем режиме: линейная плотность тока 1. = 400 А/мм; усилие в контакте P = 800 Н; скорость перемещения модели относительно инструмента Ч

= 400 мм/мин; число проходов К = 1. Охлаждение осуществляется проточной водой.

:Исследование -результатов ЭМО моделей: микротвердость поверхностного слоя Н, =

7919 Н/мм (при исходной Н

3550 Н/мм ), а глубина упрочнения 6 = 0,4 мм.

Для проверки правильности полученных результатов при ЭМО моделей зубчатых колес проводят эксперимент на реальных зубчатых колесах, модели которых исследуются предлагаемым способом (параметры зубчатого инструмента и экспериментальчого зубчатого колеса указаны). ЭМО зубчатых колес проводится на специально модернизи: рованном резьбонакатном станке модели

5А935. Режим обработки выбран аналогично режиму при обработке моделей, т.е.

1. = 400 А/мм; P = 800 Н; V = 400 мм/мин (п = 1,2 об/мин); К = 1 (обработка осуществляется за один оборот обрабатываемого колеса). Охлаждение производится проточной водой.

После ЭМО из обработанного зубчатого колеса вырезается часть зубьев, которые затем подвергаются исследованию. Причем, исследование качественных характеристик упрочненного слоя на боковой поверхности зуба осуществляется в том месте эвольвентной поверхности, которое при ЭМО находится в полюсе зацепления инструмента и колеса. Результаты исследования следующие: микротвердость упрочненного слоя

Нд — — 8010 Н)мм (прн исходной H =

= 3580 Н/мм ), а глубина упрочненного слоя

6 = 042 мм.

Таким образом, эксперименты показывают удовлетворительную сходимость результатов ЭМО при обработке моделей и зубчатых колес. Предлагаемый способ моделирования процесса ЭМО зубчатых колес позволяет обеспечить при обработке модели такие же условия как и при обработке извести ых зу 6ч аты х колес.

Применение предлагаемого способа позволяет приблизить тепловые контактные условия при электромеханической обработке модели к реальным, увеличивая при этом достоверность полученных результатов; сократить затраты на исследование процесса электромеханической обработки зубчатых колес, так как в этом случае исследование можно проводить на моделях зубчатых колес, которые значительно проще в изготовлении и дешевле самих зубчатых колес.

Формула изобретения

Способ моделирования процесса электромеханической обработки зубчатых колес, при котором осуществляют относительное возвратно-поступательное перемещение модели в виде плоского образца и инструмента в виде цилиндрического зубчатого ролика, установленного с возможностью вращения, причем к последнему прикладывают нагрузку в радиальном направлении, а в место контакта плоского образца и инструмента подают электрический ток, отличающийся тем, что, с целью повышения точности получаемых результатов за счет учета теплоотвода в полюсе зацепления зуба колеса, в плоском образце параллельно оси цилиндрического зубчатого ролика выполняют отверстия диаметром d на глубине h от обрабатываемой поверхности образца и располагают их друг от друга на расстоянии 3, а на части плоского образца между его обрабатываемой поверхностью и отверстием по его оси выполняют сквозной щелевой разрез шириной Л, по меньшей мере на два порядка меньшей диаметра отверс30 тия, причем диаметр цилиндрического ролика D, глубину h, диаметр d отверстия, расстояние l и ширину разреза Л определяют по зависимостям

D =0,5ткз1пк ;

h= (— (tg а — tg а ) +ra% — г Ч" ) + 8, d. где rs, ra, rt — радиусы окружностей: основной, вершин и впадин исследуемого зубчатого колеса соответственно; аа и а — углы профиля на окружностях вершин и впадин соответственно;

Ч"а и Ч" — углы, стягивающие соответствующие дуги на окружностях вершин и впадин соответственно:

d = 4,5m;

1= 10m;

Л ((d, m — модуль исследуемого зубчатого колеса;

z — число его зубьев, ао — угол зацепления, 1412862

1412862

Составитель С. Чукаева

Редактор И. Касарда Техред И. Верес Корректор А. Обруч ар

Заказ 3700/13 Тираж 589 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4