RU2228822C1 - Method for abrasive-diamond intermittent electric-contact working of gear wheels with circular tooth - Google Patents

Abstract

FIELD: working of gear wheels, gear grinding. SUBSTANCE: method comprises steps of working by means of abrasive-diamond tool at rolling around during forward and backward strokes different recesses of teeth while using abrasive-diamond intermittent cup-shaped cylindrical tool having two generating surfaces for simultaneously profiling convex and concave faces of teeth. Such tool has dents and indentations and it is mounted on tool spindle whose axis is normal relative to rolling around direction. Indentations of tool are filled with impregnator being copper- graphite alloy. Electric current is supplied to worked part and to tool due to contact of tool dent and part; when indentation of tool enters contact zone of tool and part, electric current is cut off. EFFECT: enhanced efficiency of working. 3 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к использованию метода совмещенных технологий на основе абразивно-алмазной обработки металлов резанием и может быть использовано в производстве колес с круговыми зубьями из материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и трещин, при глубинном зубошлифовании с нанесением активных импрегнаторов с целью совершенствования структуры поверхностного слоя.The invention relates to the use of the method of combined technologies based on abrasive-diamond metal cutting and can be used in the manufacture of wheels with circular teeth from materials predisposed to defect formation in the form of burns and cracks, in deep gear grinding with application of active impregnators in order to improve the structure of the surface layer .

Задачей изобретения является повышение производительности зубошлифования колес из материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и трещин при глубинном зубошлифовании с нанесением активных импрегнаторов, и получением обновленной оболочки с особыми свойствами, играющей роль упрочненного каркаса, что позволяет улучшить качественные и эксплуатационные свойства поверхностного слоя материалов.The objective of the invention is to increase the performance of gear grinding of wheels made of materials predisposed to defect formation in the form of burns and cracks during deep gear grinding with application of active impregnators, and to obtain an updated shell with special properties that plays the role of a hardened frame, which allows to improve the quality and performance properties of the surface layer of materials.

Поставленная задача решается предлагаемым способом прерывистой электроконтактной обработки колес с круговыми зубьями абразивно-алмазным инструментом, характеризующийся тем, что обработку производят в условиях обката при прямом и обратном ходе различных впадин зубьев абразивно-алмазным прерывистым чашечным цилиндрической формы инструментом с двумя образующими поверхностями, профилирующими одновременно выпуклые и вогнутые стороны зубьев, имеющим впадины и выступы и установленным на инструментальном шпинделе, ось которого перпендикулярна направлению обката, при этом впадины инструмента заполняют импрегнатором в виде медно-графитового сплава, ток к обрабатываемой детали и инструменту подводят во время контакта выступа инструмента с деталью, а при входе впадины инструмента в зону контакта с деталью ток отключают.The problem is solved by the proposed method of discontinuous electric contact machining of wheels with circular teeth with an abrasive-diamond tool, characterized in that the processing is carried out under rolling conditions with a forward and reverse stroke of various tooth cavities with an abrasive-diamond discontinuous cup-shaped cylindrical tool with two forming surfaces that simultaneously profile convex and concave sides of the teeth, having hollows and protrusions and mounted on a tool spindle, the axis of which is perpendicular pendicular running-direction, wherein the tool cavities filled impregnator as a copper-graphite alloy current to the workpiece and the tool is fed during contact protrusion tool with the workpiece and the tool at the entrance of the depression in the contact zone with the workpiece current is turned off.

На фиг.1 показана схема обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями прерывистым алмазно-абразивным чашечным цилиндрическим кругом с впадинами, заполненными импрегнатором; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - элемент Б на фиг.2, износ рабочих поверхностей Н и В при врезании выступа круга.Figure 1 shows a diagram of the processing of cylindrical wheels with circular teeth with an intermittent diamond-abrasive cup cylindrical circle with cavities filled with an impregnator; figure 2 is a section along aa in figure 1; figure 3 - element B in figure 2, the wear of the working surfaces H and B when cutting the protrusion of the circle.

Предлагаемый способ прерывистой электроконтактной обработки колес осуществляется прерывистым чашечным цилиндрическим абразивно-алмазным кругом 1. Алмазно-абразивная обработка колес 2, которые имеют круговой зуб, ведется кругом 1, содержим впадины 3 и выступы 4 и имеющим две образующие поверхности: наружную Н и внутреннюю В, профилирующие одновременно выпуклые и вогнутые стороны зубьев, при этом длины выступов взяты в два раза больше длин впадин, согласно рекомендациям [1]. При вращении инструмента рабочие поверхности Н и В выступов описывают в пространстве кольцо, воспроизводящее впадину производящего колеса, сцепляющегося с обрабатываемым.The proposed method of intermittent electrical contact machining of the wheels is carried out by a discontinuous cup cylindrical abrasive-diamond wheel 1. Diamond-abrasive machining of the wheels 2, which have a circular tooth, is carried out in a circle 1, contain depressions 3 and protrusions 4 and having two forming surfaces: outer H and inner B, profiling simultaneously convex and concave sides of the teeth, while the lengths of the protrusions are taken twice as long as the depressions, according to the recommendations [1]. When the tool rotates, the working surfaces H and B of the protrusions describe in space a ring that reproduces the cavity of the producing wheel that engages with the workpiece.

С целью безударного плавного входа и выхода режущих кромок выступов из зоны резания и повышения виброустойчивости, качества и изменения свойств обрабатываемой поверхности, впадины заполнены медно-графитовым сплавом, играющего роль активного импрегнатора [2].In order to shockless smooth entry and exit of the cutting edges of the protrusions from the cutting zone and to increase vibration resistance, quality and change the properties of the treated surface, the depressions are filled with a copper-graphite alloy, which plays the role of an active impregnator [2].

По мере износа круга производится самооформление профиля, т.е. на выступах рабочих поверхностей Н и В образуются заборные участки, которые заполняются импрегнатором (фиг.3).As the circle wears out, self-registration of the profile is performed, i.e. on the protrusions of the working surfaces H and B, intake sections are formed, which are filled with an impregnator (Fig. 3).

Предлагаемым способом, который осуществляется с помощью прерывистого абразивно-алмазного круга для обработки колес с круговыми зубьями, возможно управлять температурой в зоне контакта. В зависимости от требуемых условий обработки можно варьирование числом впадин и выступов. На круге сделан ряд чередующихся выступов и впадин, при котором период работы одного режущего выступа будет меньше периода времени теплового насыщения. При этих условиях шлифования температура в зоне контакта из-за прерывистости процесса резания будет уменьшаться.The proposed method, which is carried out using an intermittent abrasive-diamond wheel for processing wheels with circular teeth, it is possible to control the temperature in the contact zone. Depending on the required processing conditions, a variation in the number of depressions and protrusions can be made. A series of alternating protrusions and depressions is made on the circle, in which the period of operation of one cutting protrusion will be less than the period of time of thermal saturation. Under these grinding conditions, the temperature in the contact zone will decrease due to intermittent cutting process.

На практике, как бы не шлифовали зубчатые поверхности, контактирование под нагрузкой зубчатых колес при эксплуатации, из которых хотя бы одно полукристаллическое, приводит к увеличенному образованию шероховатости поверхности и быстрому износу вследствие неоднородности деформации [2]. Различные структурные составляющие большинства сплавов не однородны по поверхности и имеют разную ориентировку кристаллических зерен, выходящих на поверхность. В результате на отдельных площадках фактического контакта, даже при малых нагрузках, происходит внедрение твердых составляющих и кристаллов, обращенных к поверхности “сильными” гранями, в менее твердые структурные составляющие и “слабые” грани кристаллов. Глубина внедрения усугубляется с увеличением времени эксплуатации и зависит от физико-механических свойств материалов, шероховатости поверхности и нагрузки.In practice, no matter how much the gear surfaces are ground, contacting under load of the gears during operation, of which at least one is semi-crystalline, leads to increased formation of surface roughness and rapid wear due to the heterogeneity of deformation [2]. The various structural components of most alloys are not uniform on the surface and have different orientations of the crystal grains emerging on the surface. As a result, at separate sites of actual contact, even at low loads, the solid components and crystals, which face the surface with “strong” faces, are introduced into the less solid structural components and “weak” faces of the crystals. Depth of penetration is aggravated with increasing operating time and depends on the physical and mechanical properties of materials, surface roughness and load.

С целью улучшения качественных и эксплуатационных свойств поверхностного слоя материала в конструкции круга используется метод абразивно-алмазного электроконтактного избирательного шлифования с подводом напряжения в зону резания с помощью прерывистого токосъемника 5, обеспечивающего контакт только выступа абразивно-алмазного круга с обрабатываемой деталью. При входе впадины инструмента в зону обработки ток отключается.In order to improve the quality and operational properties of the surface layer of the material in the construction of the wheel, the method of abrasive-diamond electric contact selective grinding is applied with a voltage being applied to the cutting zone using an intermittent current collector 5, which ensures that only the protrusion of the abrasive-diamond wheel contacts the workpiece. When the tool cavity enters the processing zone, the current is turned off.

По знаку потенциалы внешнего источника совпадают с поверхностными потенциалами импрегнаторов и обрабатываемого материала.In sign, the potentials of the external source coincide with the surface potentials of the impregnators and the material being processed.

В системе абразивно-алмазное зерно - связка - импрегнатор - СОТС (смазочно-охлаждающие технологические средства) - обрабатываемая деталь, касающиеся шлифуемой поверхности зерна, связка и импрегнатор испытывают упругую деформацию, вследствие чего площадь контакта с обрабатываемым материалом увеличивается. При отсутствии импрегнатора поверхности зерен круга и обрабатываемой детали контактируют на очень малой площади, составляющей 0,01...0,0001 номинальной площади сопряженной поверхности. От режущих зерен и импрегнатора, у которого коэффициент температуропроводности выше, чем у обрабатываемого материала, в деталь поступает небольшая доля тепла. Кроме того, дополнительное внезонное охлаждение и очистка (не показаны) импрегнированного шлифовального круга снижают температуру рабочей поверхности круга, тем самым уменьшая температуру в зоне контакта с импрегнатором и с обрабатываемым материалом. Остальное тепло, поступающее в результате поверхностного трения скользящих зерен, связки, импрегнатора и стружки, приводит к непроизвольному разогреву металла (фиг.3). Таким образом, работающий импрегнированный круг можно представить как сплошной источник тепла со всеми особенностями, характерными для подвижного контакта.In the system, abrasive-diamond grain - binder - impregnator - SOTS (lubricating-cooling technological means) - the workpiece touching the grinding surface of the grain, the binder and the impregnator experience elastic deformation, as a result of which the contact area with the processed material increases. In the absence of an impregnator, the surface of the grains of the circle and the workpiece are contacted on a very small area of 0.01 ... 0.0001 of the nominal area of the mating surface. From the cutting grains and the impregnator, in which the thermal diffusivity is higher than that of the processed material, a small fraction of the heat enters the part. In addition, additional off-season cooling and cleaning (not shown) of the impregnated grinding wheel reduces the temperature of the working surface of the wheel, thereby reducing the temperature in the contact zone with the impregnator and the material being processed. The rest of the heat resulting from the surface friction of the sliding grains, ligaments, impregnator and chips, leads to involuntary heating of the metal (figure 3). Thus, a working impregnated circle can be represented as a continuous source of heat with all the features characteristic of a moving contact.

При обработке материалов импрегнированными кругами, которая отличается от обработки традиционным инструментом тем, что тепло от тока выделяется избирательно в зоне резания и именно в тех местах, где дефектность (или плотность дислокации) выше, чем в среднем по объему, крупные карбиды растворяются в связи с образованием микроучастков высоких температур. Это объясняется тем, что локальная температура у какой-либо точки может быть в тысячи раз больше, чем на соседнем микроучастке, но это, как раз, приводит к тому, что среда нормализуется, а большие карбиды замещаются меньшими и притом “знающими свое место”. Благодаря такой короткой обработке мелкие карбиды соединяются с металлической решеткой по правилам той самой последовательности когерентной связи, которая не разрушает структуру, а, напротив, заставляет ее упрочняться: карбиды “вплетаются” в решетку.When processing materials with impregnated circles, which differs from processing with a traditional tool in that heat from the current is selectively released in the cutting zone and precisely in those places where the defectiveness (or dislocation density) is higher than the average volume, large carbides dissolve due to the formation of micro-areas of high temperatures. This is explained by the fact that the local temperature at any point can be thousands of times higher than on the neighboring micro-site, but this, in fact, leads to the fact that the medium is normalized, and large carbides are replaced by smaller ones and, moreover, “knowing their place” . Thanks to such a short treatment, small carbides are connected to the metal lattice according to the rules of the same coherent bond sequence, which does not destroy the structure, but, on the contrary, forces it to harden: carbides are “woven” into the lattice.

В результате применения активных импрегнаторов при обработке поверхность металла получает обновленную оболочку с особыми свойствами. На поверхности образуется слой, который играет роль упрочняющего каркаса, что улучшает качественные и эксплуатационные свойства поверхностного слоя материалов.As a result of the use of active impregnators during processing, the metal surface receives an updated shell with special properties. A layer forms on the surface, which plays the role of a reinforcing cage, which improves the quality and performance properties of the surface layer of materials.

Пример. Обработка цилиндрических колес с круговыми зубьями осуществлялась на модернизированном зубошлифовальном станке типа "Niles" мод. ZSTZ 315×6С (ГДР). Модернизация заключалась в развороте оси шлифовального шпинделя перпендикулярно направлению обката. Были отшлифованы зубья партии роторов шестеренных насосов ШФ8-25 с числом зубьев 10, модулем 4 мм и шириной венца 70 мм. Шлифование проводилось чашечным цилиндрическим прерывистым алмазным с медно-графитовым импрегнатором кругом с номинальным ⌀130 мм. Длина выступа - 45 мм, длина впадины - 22,5 мм.Example. Processing of cylindrical wheels with circular teeth was carried out on a modernized Niles type gear grinding machine. ZSTZ 315 × 6C (GDR). The upgrade consisted in turning the axis of the grinding spindle perpendicular to the direction of rolling. The teeth of a batch of rotors of gear pumps ШФ8-25 with the number of teeth 10, a module of 4 mm and a crown width of 70 mm were polished. Grinding was carried out by a cup cylindrical intermittent diamond with a copper-graphite impregnator circle with a nominal ⌀130 mm. The length of the protrusion is 45 mm, the length of the cavity is 22.5 mm.

Характеристика круга: АСВ 100/8-M1. Припуск на зубошлифование на толщину зуба - 0,3 мм; допуск припуска на толщину зуба (в тело) - 0,07 мм. Режимы зубошлифования: подача при обкатке - 0,65 мм/дв.ход; подача на глубину шлифования: предварительная - 0,10 мм/ход; окончательная - 0,02 мм/ход.Circle characteristic: ASV 100/8-M1. Tooth grinding allowance for tooth thickness - 0.3 mm; the allowance for the allowance for the thickness of the tooth (in the body) is 0.07 mm. Gear grinding modes: feed at run-in - 0.65 mm / dv.hod; feed to the grinding depth: preliminary - 0.10 mm / stroke; final - 0.02 mm / stroke.

После обработки проводился контроль круговых зубьев, который осуществлялся в среднем сечении колеса на универсальном зубоизмерительном приборе фирмы Zeiss (ГДР), эвольвентомере типа КЭУ и биениемере мод. Б-10М. Точность шлифованных роторов по всем параметрам (отклонение и накопленная погрешность шага, радиальное биение зубчатого венца, колебание длины общей нормали, погрешность профиля зуба) была не ниже 7 степени точности по ГОСТ 1643-81.After processing, the control of circular teeth was carried out, which was carried out in the middle section of the wheel on a Zeiss universal gear measuring instrument (GDR), an involute gauge of the KEU type and biomeasure mode. B-10M. The accuracy of the polished rotors in all respects (deviation and accumulated pitch error, radial runout of the ring gear, vibration of the length of the general normal, tooth profile error) was not lower than the 7th degree of accuracy according to GOST 1643-81.

Расположение пятна контакта проверялась по краске. Оно занимало середину зуба и не выходило на торцы. Длина пятна контакта и приведенные зазоры, замеренные щупом на торце зуба, соответствовали расчетным приведенным зазорам.The location of the contact spot was checked by paint. It occupied the middle of the tooth and did not go to the ends. The length of the contact spot and reduced clearances measured with a probe at the end of the tooth corresponded to the calculated clearances.

Проведенный рентгеноструктурный анализ поверхностных слоев показал, что происходит нагрев в зоне их обработки. В результате применения активных импрегнаторов при обработке поверхность металла получила обновленную оболочку с особыми свойствами. На поверхности образовался слой в виде упрочненного каркаса, что улучшило качественные и эксплуатационные свойства обработанных шестерен.The X-ray diffraction analysis of the surface layers showed that there is heating in the zone of their processing. As a result of the use of active impregnators during processing, the metal surface received an updated shell with special properties. A layer was formed on the surface in the form of a hardened skeleton, which improved the quality and performance properties of the machined gears.

Применение предлагаемого способа, осуществляемого с помощью прерывистого абразивно-алмазного круга с импрегнатором, повысило производительность обработки в 1,5 раза, позволило исключить операцию получистового шлифования благодаря улучшению шероховатости на 1,5-2 класса. При этом расход абразивного инструмента снизился на 20%.The application of the proposed method, carried out using an intermittent abrasive-diamond wheel with an impregnator, increased the processing productivity by 1.5 times, and allowed to exclude the operation of semi-grinding due to the improvement of roughness by 1.5-2 classes. At the same time, the consumption of an abrasive tool decreased by 20%.

На основании проведенных опытов с применением материалов, предрасположенных к прижогам и к появлению шлифовочных трещин, установлено, что способ, осуществляемый кругами с прерывистой поверхностью, заполненной импрегнатором, по сравнению с обычными кругами при сочетании длин впадин и выступов L_ВП/L_BC=0,5; (в нашем примере L_BC=45 мм; L_ВП=22,5 мм):Based on the experiments using materials prone to burns and the appearance of grinding cracks, it was found that the method carried out by circles with a discontinuous surface filled with an impregnator, compared with conventional circles with a combination of the lengths of the depressions and protrusions L _VP / L _BC = 0, 5; (in our example, L _BC = 45 mm; L _VP = 22.5 mm):

- снижает температуру в зоне контакта на 25-35%;- reduces the temperature in the contact zone by 25-35%;

- позволяет шлифовать колеса с более форсированными режимами, не вызывая появления прижогов и микротрещин. За счет этого производительность обработки возрастает в 2-3 раза;- allows you to grind wheels with more forced modes, without causing burns and microcracks. Due to this, processing productivity increases by 2-3 times;

- сохраняет длительное время хорошую режущую способность зерен (работающие в режиме самозатачивания). Число правок кругов с прерывистой поверхностью уменьшается в 2-3 раза. Общая стойкость кругов с прерывистой рабочей поверхностью возрастает в 2-3 раза;- Maintains good cutting ability of grains (working in self-sharpening mode) for a long time. The number of edits of circles with a discontinuous surface decreases by 2–3 times. The total resistance of circles with an intermittent working surface increases by 2-3 times;

- в результате применения активных импрегнаторов при обработке поверхность металла получает обновленную оболочку с особыми свойствами, на поверхности образуется слой, который играет роль упрочняющего каркаса, что улучшает качественные и эксплуатационные свойства поверхностного слоя материалов.- as a result of the use of active impregnators during processing, the metal surface receives an updated shell with special properties, a layer forms on the surface, which plays the role of a reinforcing frame, which improves the quality and performance properties of the surface layer of materials.

Обработка по предлагаемому способу прерывистым абразивно-алмазным импрегнированным кругом выгодно отличается повышенной виброустойчивостью, благодаря плавному и безударному входу и выходу режущей абразивной поверхности в зону резания, высокой прочностью инструмента, что повышает размерную стойкость инструмента, предотвращает поломку и выкрашивание абразива, а снижение температуры в зоне шлифования позволяет повысить интенсивность процесса, производительность и качество обработки, улучшить эксплуатационные свойства поверхностного слоя материалов.The processing according to the proposed method with a discontinuous abrasive-diamond impregnated wheel compares favorably with increased vibration resistance, due to the smooth and shockless entry and exit of the cutting abrasive surface in the cutting zone, high tool strength, which increases the dimensional stability of the tool, prevents breakage and chipping of the abrasive, and a decrease in temperature in the zone grinding allows you to increase the intensity of the process, productivity and quality of processing, improve the performance properties of surface th material layer.

Преимуществом обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями по предлагаемому способу импрегнированным прерывистым чашечным цилиндрическим кругом является сравнительная простота движений, а следовательно, простота конструкции станка и простота настройки. При шлифовании широковенцовых колес с увеличенной зоной контакта круга с заготовкой зона резания прерывается, и хотя сила резания возрастает, но снижается теплонапряженность процесса и улучшаются условия подвода охлаждающей жидкости в зону резания. В результате гарантируется бесприжоговая обработка поверхности зубьев, повышение производительности и точности зубообработки. Вследствие этого появляется возможность интенсивности процесса и получение на поверхности обновленной оболочки с особыми свойствами, которая играет роль упрочняющего каркаса.The advantage of processing cylindrical wheels with circular teeth according to the proposed method, the impregnated discontinuous cup cylindrical circle is the comparative ease of movement, and therefore, the simplicity of the design of the machine and ease of setup. When grinding wide crown wheels with an enlarged contact zone between the wheel and the workpiece, the cutting zone is interrupted, and although the cutting force increases, the heat stress of the process decreases and the conditions for supplying coolant to the cutting zone improve. As a result, non-burr treatment of the tooth surface, increase in productivity and accuracy of tooth treatment are guaranteed. As a result of this, it becomes possible to intensify the process and obtain on the surface an updated shell with special properties, which plays the role of a reinforcing framework.

Источники информацииSources of information

1. Якимов А.В. Оптимизация процесса шлифования. -М.: Машиностроение, 1975. - С.45-58.1. Yakimov A.V. Grinding process optimization. -M.: Engineering, 1975. - P. 45-58.

2. Чирков Г.В. Расчет теплового баланса при алмазном шлифовании с нанесением активных импрегнаторов. Ж. Техника машиностроения. 2000 г. № 3 (25), с.76-79.2. Chirkov G.V. Calculation of the heat balance in diamond grinding with the application of active impregnators. G. Engineering Engineering. 2000, No. 3 (25), pp. 76-79.

Claims (1)

Способ прерывистой электроконтактной обработки колес с круговыми зубьями абразивно-алмазным инструментом, характеризующийся тем, что обработку производят в условиях обката при прямом и обратном ходе различных впадин зубьев абразивно-алмазным прерывистым чашечным цилиндрической формы инструментом с двумя образующими поверхностями, профилирующими одновременно выпуклые и вогнутые стороны зубьев, имеющим впадины и выступы и установленным на инструментальном шпинделе, ось которого перпендикулярна направлению обката, при этом впадины инструмента заполняют импрегнатором в виде медно-графитового сплава, ток к обрабатываемой детали и инструменту подводят во время контакта выступа инструмента с деталью, а при входе впадины инструмента в зону контакта с деталью ток отключают.A method of intermittent electrical contact machining of wheels with circular teeth with an abrasive-diamond tool, characterized in that the processing is performed under rolling conditions with a forward and reverse stroke of various tooth cavities with an abrasive-diamond intermittent cup-shaped cylindrical tool with two forming surfaces profiling simultaneously the convex and concave sides of the teeth having hollows and protrusions and mounted on a tool spindle, the axis of which is perpendicular to the direction of rolling, while the hollows the tool is filled with an impregnator in the form of a copper-graphite alloy, the current to the workpiece and the tool is supplied during contact of the tool protrusion with the part, and when the tool cavity enters the contact zone with the part, the current is turned off.

Images