Способ восстановления изношенного профиля зубчатого колеса

 

Жте нс то;,, Gll ИСАНИНА

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскин

Социвлистическик

Республик (iii 722642

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено26.01.77 (21) 2459256/25-27 (51)М. Кд.

В 21 Н 5/02 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Гавударстввииыб квинтет

СССР ае ленам изобретений и атнрытнй

Опубликовано 25.03.80. Бюллетень N 11

Дата опубликования описания 28.03 80 (53) УДК621.992..7 .02:621.833

{088.8) (72) Автори изобретения

ll. С. Лысов, А. П. Челышев и О. И. Кузменков физико-технический институт ДН Белорусской CCP (7! ) Заявитель (54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННСГО

ПРОФИЛЯ ЗУБЧАТОГО КОЛЕСА

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для восстановления зубчатых колес и звездочек сельскохозяйственных машин и других приборов и механизмов.

Характер работы зубчатых изделий типа:. ==còåðåí и звездочек требует, высокой вязкости основы зубьев (венца) и износ стойкой поверхности зубчатого контура, так как долговечность таких изделий определяется в основном сопротив10 лением хрупкому разрушению основания зуба (хрупкий излом) и стойкостью к износу и усталостному разрушению поверхностного слоя зубчатого профиля. Полу15 чить сочетание таких свойств в одном материале практически невозможно, так как износостойкость определяется в основном твердостью материала, а изгибная прочность — вязкостью.

Известны способы получения биметаллических зубчатых изделий путем нанесения порошковых материалов на зубчатый профиль с последующей пластической

2 деформацией его обкаткой в накатном стане 1)

Этот способ трудоемкий, сложный по технологии и не может обеспечить высокого качества поверхностного слоя из-за неравномерного распределения порошка по поверхности профиля и неравномерной деформации при последующем обкатывании накатниками. При этом местная йластическая деформация при обкатывании (только в месте контакта зубьев) не может обеспечить требуемой высокой плотности поверхностного слоя.

Из известных способов близок к предлагаемому по технической сущности способ восстановления профиля зубчатых колес путем горячей обкатки зубонакатным инструментом, при котором изношенное зубчатое колесо обкатывают в месте с дополнительным металлом в виде ленты, подаваемой в зону деформации P2g.

Однако различные виды дефектов только накатыванием ленты устранить невозможно без снятия дефектного слоя, так

722642

4 кяк при накатке нельзя заполнить пустоtbI, забоины и другие местные углубления на поверхности прс филя. При этом даже аже неравномерный износ по профилю зуба приводит к неравномерной деформации ленты и образованию торцового заусенца, я в м raw небольшим износом профиля на зубьях при накатке ленты образуется очень тонкий и поэтому непрочный слой покрытия, который при работе зубчатого колеса будет выкрашивяться и отслаиваться.

Недостатком этого способа является также трудность стыковки концов ленты, что приводит к образованию избытка металла при стыковке концов внахлестку или недостатку его при соединении концов встык и, следовательно, образованию разрыва сплошности оболочки. К тому же избыток металла приводит к неравномерной деформации зубчатого профиля при обкатке и образованию заусенца по торцу контура, что треюует последующей механической доработки и усложняет и удорожает процесс нанесения оболочки.

Соединение ленты встык накаткой практически невыполнимо из-за колебания размеров зубчатой заготовки, накатника и величины его радиальной подачи.

Кроме того, нельзя образовать оболочку накаткой ленты без нагрева ленты и зубчатой заготовки до высоких температур, что усложняет и удорожает ее изготовление и снижает производительность, а кратковременность процесса при горячей накатке и неизбежности присутствия окислов ня поверхности заготовок (при работе без защитных и восстановительных сред) не могут обеспечить качественное диффузионное сцепление оболочки и зубчатого профиля. Эти дефекты по границе оболочки и основного металла будут в дальнейшем служить концентраторами напряжений. Цель изобретения — повышение качества облицовки зубчатого колеса и точности зубчатого профиля путем создания равномерного распределения оболочки по рабочему контуру зуба и лучшего сцепления ее с основным материалом зубчатой заготовки.

Для этого согласно предлагаемому способу изношенный зубчатый профиль перед пластической деформацией подвергают отжигу, зубья утоняют на величину дефектного слоя с одновременным обеспечением на нем шероховатости, дополнительный материал в виде полой цилиндрН еск и и вской оболочки ияиосят на утонеииые зубья и пластическую деформацию осушествляют одновременными обжятием полой цилиндрической оболочки по всем зубьям с последуюшей ее сваркой с металлом изношенногс колеся и теплой калибровкой зубчатого венца.

Ня фиг. 1 показано зубчатое колесо после отжигя и утонения профиля; на фиг. 2 — то же, в цилиндрической оболоч ке; ия фиг. 3 — схема обжатия оболочки радиальными пуансонами (в начальном и конечном положениях).

В качестве примера для восстанойлеиия зубчатого профиля взяты шестерни стартера, изготавливаемые Борисовским заводом ЛТЭ. Эти шестерни работают без смазки при ударных нагрузках, что

20 повышает абразивный износ и зябоины (смятия) кромок на торцах зубьев. Для повышения надежности в работе и увеличения моторесурса их изготавливают из легированных цементуемых сталей

25 (типя 20хНМ).

Исходные параметры восстанавливаемого зубчатого колеса: число зубьев

9; модуль 2,5 мм; наружный диаметр

29,5-0,24 мм; толшина зуба по хорде

30 делительной окружности 4,42 + 0,075 мм.

Изношенные шестерни 1 из стали

О

20 ХНМ отжигают при 820 С, а затем на долбежиом станке с помощью осевой коррекции зубчатый профиль 2 утоняют

35 до полного устранения дефектного слоя, определяемого визуально. Контролируемым параметром при этом принимают длину обшей нормали, которая уменьшается после долбления с 11,85 до 11,05 мм.

Шероховатость в виде продольных рисок вдоль профиля зубьев наносят за счет увеличения подачи обкатываемой шестерни при снятии последнего ирипуска.

Цилиндрическую оболочку 3 с внут45 ренним диаметром, равным наружному диаметру утоненной шестерни, изготавливают из конструкционной среднелегированной стали 45МН2МФА, которая обладает хорошей пластичностью, доста$0 точной для нанесения оболочки на зубчатый профиль, и хорошей прокаливаемостью с достижением дск:ваточно высокой твердости, а значит, и хорошим сопротивлением износу и смятию. Тол55 шину оболочки выбирают такой, чтобы ее объем был равен объему припуска, снятого на изношенной шестерне при утонении профиля. Исходя из этого равен2642 6 ки свободного металла при 850!!! ; в течение 1 ч. Затем шестерню извлекают из печи, быстро охлаждают в струе возо духа до 550 С и при этой же температуре проводят теплую калибровку проталкиванием шестерни через зубчатую матрицу повышенной точности с последующим охлаждением откалиброванной шестерни в масле до комнатной температуры. Теп1О лая деформация переохлэжденного аустенита оболочки пз стали 45МН2МФА с последующим охлаждением до комнатной температуры обеспечивает повышение твердосги до 63-64 НКС, что на 3 еди19 ницы больше по сравнению со стандарт ной (обычной) закалкой используемой ста ли.

В таблице даны результаты измерения геометрических параметров облицованных шестерен после теплой обработки.

Зубья

2-3

4-5

6-7

7-8

9-1

Денные таблицы показывают, что полученные шестерни соответствуют 8-ой степени точности. Г1ри этом, согласно замеру поверхностной твердости после

45 теплой калибровки, отсутствуют обеэуглероживание и окалинообраэование, сопровождающие обычно процесс горячей деформации. Все это;достигаемая высокая точность и отсутствие дефектного

50 поверхностного слоя — позволяет получать шестерни до 8-ой степени точности без дальнейшей механической обработки зубчатого контура и беэ промежуточных (черновых) операций обработки резанием.

>5

Для получения зубчатых колес более высокой точности требуются лишь чистовые финишные операции, например шлифование зубчатого контура.

5 -г . ! » !К)! .!.!<>f!у !!!!Ин!на !(!!и!!!!!!()и ñKîé оболочки составляет ),25 мм.

Ц!!л!!ндрическую оболочку обжимают но зуб !его! !у профилю в штампе с радиальными пуансонами 4 (фиг. 3). Штампы с радиально перемещаемыми пуансонами известны и используются, например, не Гомельском заводе сельскохозяйственных машин для формирования зубчатого контуре звездочек.

Оболочку 3 наносят на утоненный зубчатый контур при комнатной гемпературе. (Усилие не пуансоны и скорость деформации при нанесении оболочки контролируются при настрое штампа по размеру длины общей нормали).

Облицованную шестерню помешают в печь с восстановительной атмосферой эндогазе, где происходит сварка оболоч11,86

11,86

11,55

11,55

11,85

11,85

11,86

1 1,86

11,86

0,002

0,002

0,003

0,005

0,008

0,015

0,010

0,050

0,050

Достижению высокой точности способствует и то обстоятельство, что теплая калибровке в состоянии переохлажденного аустенита с последующим быст рым охлаждением до комнатной температуры исключает необходимость дополнительного нагрева зубчатой заготовки под закалку и уменьшает тем самым ко робление и потерю размеров готового изделия.

Теплая калибровка позволяет также увеличить стойкость деформирующего инструмента по сравнению с горячей обработкой в несколько раэ благодаря сохранению в инструменте при таком температурном режиме работы исходных механических свойств, полученных при его термообработке. Это вызвано тем, что

722642 юг.1

4ual

Составитель В. М уконин

Редактор В. Дибобес Техред О. Легеза Корректор Г. Решетник

Заказ 210/4 Тираж 986 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., n. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 температура отпуска инструментальйь<х высоколегированных сталей, используемых обычно для инструмента при теплой деформации, выше температуры нагрева инструмента при теплой калибровке. Так, зубчатые матрицы, изготовленные из быстрорежуших сталей, отпускают при о

560-590 С, а теплую калибровку осушествляют при температуре наибольшей устойчивости переохлажденного аустенита 500-550 С. При этом, в процесо се работы инструмент нагревается обычно на 50-100 С ниже, чем деформируео мыи металл в зависимости от времени соприкосновения с заготовкой.

Таким образом, достаточно большая точность, достигаемая при теплой калибровке, в сочетании с высокой стойкостью деформирующего инструмента делают предлагаемый способ восстановления зубчатых колес не только высокопроизводительным, но и экономически эффективным в серийном и массовом произв одстве.

Формула изобретения

Способ восстановления изношенного профиля зубчатого колеса, при котором производят совмес1ную пластическую де- ° форм; ц3 о изношенного колеса и дополнительного материала, подаваемого в зонуизноса, отличаюшийся тем, что, с целью повышения качества восстановленных зубчатых колес, зубчатый профиль подвергают перед пластической деформацией отжигу, зубья утоняют на величину дефектного слоя с одновре10 менными обеспечением на нем шероховатости, дополнительный материал в виде полой цилиндрической оболочки заносят на утоненные зубья, и пластическую деформацию осушествляют одновременным

1 обжатием полой цилиндрической оболочки по всем зубьям с последующей ее сваркой с металлом изношенного колеса и теплой калибровкой зубчатого венца.

20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ iV 2024319, кл. 48 в 7/00, .1975.

2. Авторское свидетельство СССР

No. 490543, кл. В 21 И 5/02, 1975 (прото тип ) .