РЯБЧЕНКО Сергей Васильевич ШЛИФОВАНИЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС АЛМАЗНО- АБРАЗИВНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ Информационный доклад 2015 г. 1

Исследованиями процесса зубошлифования занимались многие известные ученые: Мишнаевский Л.Л,., Сагарда А.А, Шило А.Е. – Разработка шлифовальных тарельчатых кругов из агрегированного стекло покрытием зерен кубического нитрида бора. Лысанов В.С., Новинюк О.С. – Разработка шлифовальных тарельчатых кругов из эльбора на керамических связках. Рыжов Э.В., Корж Н.Я., Дудник Н.П. – Разработка шлифовальных конических кругов из кубического нитрида бора. Мильштейн М.З., Диденко С.И., Кривошея А.В., – Разработка алмазных кругов для шлифования твердосплавного зуборезного инструмента. Бауш Т., Гюнтер Э. – Разработка заточки зубчатых шеверов кругами из СТМ. Бобров А.П., Голиков В.И., Гулида Э.Н., Калашников С.Н., Коган Г.И., Тайц Б.А., - Точность зубчатых колес после зубошлифования. Родин П.Р., Данильченко Ю.М., Силивестров Б.Н., Сторчак М.Г., Старков В.К., Якимов А.В.– Технологические процессы зубошлифования. Генкин М.Д., Гинзбург Е.Г., Рыжов Н.М., Якимов А.А. – Качество поверхности и надежность зубчатых колес после зубошлифования. Богомолов Н.И., Гавриш А.П., Грабченко А.И., Евсеев Д.Г., Захаренко И.П., Ипполитов Г.М., Лавриненко В.И, Лоладзе Т.Н., Новиков Н.В., Островский В.И., Филимонов Л.Н., Шепелев А.А. - Исследования износа и надежности инструмента из СТМ, и в частности, шлифовальных кругов. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗУБОШЛИФОВАНИЯ 2

МЕТОДЫ ШЛИФОВАНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС а – копирование, б – обкатка абразивным червяком, в – обкатка конусным кругом, г – обкатка плоским кругом, д – обкатка двумя тарельчатыми кругами a б в дг 3

СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ ШЛИФОВАНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС по В.А. Бенкину (шлифование зубчатого колеса с m = 5 мм и z = 45) 4 1 Обкатка абразивным червяком 5-6 степень точностиRa 0,4-1,0 2 Обкатка двумя тарельчатыми кругами 3-4 степень точностиRa 0,2-1,0 3 Обкатка конусным кругом 6-7 степень точностиRa 0,60-1,25 4 Копированиене выше 6-й степениRa 0,60-1,25

АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ШЛИФОВАНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС 5 Абразивный материал Микротвердость кгс/мм² Плотность г/см³ Абразивная способность Насыпная масса, г/см³ Теплоустой чивость, С Электрокорунд Нормальный ,90,1451, Белый ,950,1561, Хромистый ,950,1011, Титанистый ,950,1121, Цирконистый ,100,1301, Монокорунд ,970,1501, Алмаз ,49-3,54800 Кубический нитрид бора 92503,44-3, Электрокорунд белый Электрокорунд хромистый Электрокорунд золь-гелевый (монокорунд) Кубический нитрид бора (янтарный)

УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 6 ЗУБЧАТЫЕ КОЛЕСА – средний модуль m от 2 до 10 мм, 3–4 степени точности, шероховатость Ra 0,2–1,0 МАТЕРИАЛ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС – низколегированные закаленные стали (марок ХВГ, 14ХГСН2МА-Ш, 12Х2Н4А), твердостью 58–62 HRC ОГРАНИЧЕНИЕ ПО КАЧЕСТВУ – отсутствие структурных изменений в поверхностном слое зубчатого колеса ШЛИФОВАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ – тарельчатые шлифовальные круги типа 12 (Т12, 12А2-20), АБРАЗИВНЫЙ МАТЕРИАЛ – электрокорунд белый (25А ) и хромистый (А98) зернистостью F60 кубический нитрид бора КР и ГА зернистостью 160/ /80 СВЯЗКИ КРУГОВ – абразивные круги на керамической связке К5 круги из КНБ – органические В2-07 и В2-08, керамическая С10, металлическая связка М2-09 ОБЩЕЕ КОЛИЧЕСТВО ИСПЫТАННЫХ шлифовальных кругов – 60 шт., зубчатых колес – 8 шт. Шлифование цилиндрических зубчатых колес двумя тарельчатыми кругами 0-градусным методом

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗОНЫ КОНТАКТА Зона обработки зубчатого колеса на станке 5891 (реальный контакт) 7 Стенд для исследования зоны контактирования шлифовального круга и валов различной кривизны (моделирование зоны контакта )

КОНТАКТИРОВАНИЕ ЗУБЧАТОГО КОЛЕСА СО ШЛИФОВАЛЬНЫМ КРУГОМ 8 Вид участков контакта круга и зуба: а – шлифование на станке МААГ, б – шлифование на станке 5891 Контуры участка контакта круга и зуба при шлифовании а – на зубе, б – след в виде сектора, в – след в виде сегмента a b c а б

МОДЕЛЬ ИЗНОШЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТАРЕЛЬЧАТЫХ КРУГОВ ПРИ ЗУБОШЛИФОВАНИИ 9 Модель износа чашечного круга при торцевом шлифовании по А.Н. Карпусю Модель изношенной поверхности тарельчатого круга Х n (1 n i) – убывающая арифметическая прогрессия с разностью Δ Х, где Х n = Х 1 - (n - 1). Δ Х ордината n-слоя – Y n, толщина каждого слоя - Δ Y, количество слоев n = Y n / Δ Y: Х n = Х 1 - (Y n / Δ Y - 1). Δ Х Расход абразива: q = m а. / m м = Q а.. ρ а.. K / Q м. ρ м где m а., Q а., ρ а. и m м., Q м., ρ м. - соответственно масса, объем и плотность абразивных зерен КНБ и сошлифованного материала. K - концентрация зерен КНБ. Y = 1/(αХ - β) где, α = 1/С, β = q. a. b. ρ м /С π. D кр.. ρ ам.. K

ОЦЕНКА ВЕРОЯТНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ АБРАЗИВНОГО ЗЕРНА КНБ ПРИ ШЛИФОВАНИИ Зависимость вероятности разрушения зерна при К п > 1 (финишное шлифование) К п < 1 (черновое шлифование ) 10

МОЩНОСТЬ ШЛИФОВАНИЯ ТАРЕЛЬЧАТЫМИ КРУГАМИ 11 Станок : зубошлифовальный мод Шлифовальный круг: из КНБ 12А х 3 х 1,5 х 40 КРС 125/100 В % Шлифовальный круг: из электрокорунда белого Т х 3 х 40 25А 60 М2 7 К5 Шлифуемый образец: зубчатое колесо m = 6 мм, сталь ХВГ Режимы шлифования: V кр = 27 м/с, глубина t = 0,01–0,1 мм, скорость обката τ = 3–8 с Мощность зубошлифования без охлаждения 1, 2, 3 – круг из КНБ; 4, 5, 6 – круг из электрокорунда 1, 4 – τ = 3 с; 2, 5 - τ = 5 с; 3, 6 – τ = 8 с Мощность зубошлифования с охлаждением 1, 2, 3 – круг из КНБ; 4, 5, 6 – круг из электрокорунда 1, 4 – τ = 3 с; 2, 5 – τ = 5 с; 3, 6 – τ = 8 с

МОЩНОСТЬ ШЛИФОВАНИЯ ТАРЕЛЬЧАТЫМИ КРУГАМИ 12 Станок : зубошлифовальный мод Шлифовальный круг: из КНБ 12А х 3 х 1,5 х 40 КРС 125/100 С % Шлифовальный круг: из КНБ 12А х 3 х 1,5 х 40 КРМ 125/100 М % Шлифуемый образец: зубчатое колесо m = 6 мм, сталь ХВГ Режимы шлифования: V кр = 27 м/с, глубина t = 0,01– 0,1 мм, скорость обката τ = 3–8 с Мощность зубошлифования с охлаждением круг КНБ на керамической связке С10 1, 2, 3 – прямой ход; 4, 5, 6 – обратный ход 1, 4 - τ = 3 с; 2, 5 - τ = 5 с; 3, 6 - τ = 8 с Мощность зубошлифования с охлаждением круг КНБ на металлической связке М2-09 1, 2, 3 – прямой ход; 4, 5, 6 – обратный ход 1, 4 - τ = 3 с; 2, 5 - τ = 5 с; 3, 6 - τ = 8 с

ШЕРОХОВАТОСЬ ПОВЕРХНОСТИ ЗУБА ПОСЛЕ ШЛИФОВАНИЯ ТАРЕЛЬЧАТЫМИ КРУГАМИ 13 Станок : зубошлифовальный мод Шлифовальный круг: из КНБ 12А х 3 х 1,5 х 40 КРС 125/100 В % Шлифовальный круг: из электрокорунда белого Т х 3 х 40 25А 60 М2 7 К5 Шлифуемый образец: зубчатое колесо m = 6 мм, сталь ХВГ Режимы шлифования: V кр = 27 м/с, глубина t = 0,01– 0,1 мм, скорость обката τ = 3–8 с Шероховатость поверхности зуба без охлаждения: 1,2,3 - круг из КНБ; 4,5,6 – круг из электрокорунда; 1, 4 - τ = 3 с; 2, 5 - τ = 5 с; 3, 6 - τ = 8 с Шероховатость поверхности зуба с охлаждением: 1,2,3 - круг из КНБ; 4,5,6 – круг из электрокорунда 1, 4 - τ = 3 с; 2, 5 - τ = 5 с; 3, 6 - τ = 8 с

ЗАВИСИМОСТЬ МОЩНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ОТ КОЛИЧЕСТВА ПРОХОДОВ Зависимость мощности шлифования N от количества проходов (1 – при t = 0,05 мм, 2 – при t = 0,02 мм) 14 Показатели процесса зубошлифования различными кругами Шлифовальный круг Средняя мощность шлифования, Вт Периодичность правки Повышение производи- тельности Круг из электрокорунда белого 200 через 5–10 зубьев базовый процесс Круг из КНБ органическая связка 100 через 1 полный оборот зубчатого колеса 1,2 раза Круг из КНБ керамическая связка 115 через 2 полных оборота зубчатого колеса до 2 раз Круг из КНБ металлическая связка 120 через 2 полных оборота зубчатого колеса до 2 раз

ТОЧНОСТЬ ШЛИФОВАНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС КРУГАМИ ИЗ КНБ Зависимость погрешности профиля f fr от количества проходов (1 – при t = 0,05 мм, 2 – при t = 0,02 мм) 15 Эвольвентограмма зубчатого колеса после шлифования кругом КНБ

ИЗНОС ТАРЕЛЬЧАТЫХ КРУГОВ ИЗ КНБ ПРИ ЗУБОШЛИФОВАНИИ Зависимость износа круга по торцу (h) от количества проходов (1 – при t = 0,05 мм, 2 – при t = 0,02 мм) Зависимость износа круга по диаметру (l) от количества проходов (1 – при t = 0,05 мм, 2 – при t = 0,02 мм) 16 Количество проходов Стадия приработки Количество проходов Стадия приработки

СТРУКТУРА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ИЗ СТАЛИ ХВГ после обработки кругом из электрокорунда: 1 – t = 0,01 мм = 5 c, без СОТС; 2 – t = 0,05 мм = 5 c, без СОТС 3 – t = 0,01 мм = 5 c, с СОТС; 4 – t = 0,1 мм = 8 c, с СОТС после обработки кругом из КНБ: 5 – t = 0,01 мм = 5 c, без СОТС; 6 – t = 0,05 мм = 5 c, без СОТС 7 – t = 0,01 мм = 5 c, с СОТС; 8 – t = 0,1 мм = 8 c, с СОТС

ОСТАТОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ И ОЦЕНКА ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС Остаточные напряжения в поверхностном слое зубчатого колеса после шлифования: 1 – круг из электрокорунда, 2 – круг из КНБ на связке В2-08, 3 – круг из КНБ на связке М2-09, 4 – до шлифования после термообработки 18 а б Образцы поверхности зубчатого колеса после испытаний на износостойкость (х 20): а – шлифованного кругом из КНБ (без СОТС) б – шлифованного кругом из КНБ (СОТС) Площадь сечения лунки: для образца а – S 1 = 1,72×10 -2 м 2 для образца б – S 2 = 1,60×10 -2 м 2

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЗУБОШЛИФОВАНИЯ КРУГАМИ ИЗ КНБ Эвольвентограмма шлифованного зубчатого колеса 19 Зубчатое колесо (модуль m = 4 мм, число зубьев z = 41, ширина венца - 55 мм,угол профиля α = 28 ) закаленная сталь марки 14ХГСН2МА-Ш (60 HRC) Режимы обработки: скорость стола на черновых режимах 600 мм/мин; на чистовых 170 мм/мин подача на врезание на черновых проходах – 0,04 мм, на чистовых проходах – 0,005 мм Результаты шлифования: разность шагов – 2 0,5 мкм; накопленная погрешность шага – 7 0,5 мкм; погрешность профиля зуба – 3 0,5 мкм шероховатость поверхности Ra 0,63 Зона шлифования зубчатого колеса

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА ЗУБОШЛИФОВАНИЯ ВЫСОКОТОЧНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС РАЗЛИЧНЫМИ КРУГАМИ 20 Зубчатое колесо (модуль m = 6 мм, число зубьев z = 21) Материал инструмента Параметры эффективности время обработки, ч периодичность правки глубина шлифования, при которой происходит изменение структуры поверхностного слоя t, мм шероховатость поверхности Ra, мкм Электрокорунд белый 253–5 зубьев 0,01 0,65 Электрокорунд хромистый 235–10 зубьев 0,02 КНБ на органической связке 20 1 полный оборот колеса 0,03 0,55 КНБ на керамической связке 12 2 полных оборота колеса 0,60 КНБ на металлической связке 10

РАЗРАБОТКА ПЕРСПЕКТИВНЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС Специальные тарельчатые шлифовальные круги из КНБ Специальный полировальный червячный круг для зубообработки 21

РАЗРАБОТКА ПЕРСПЕКТИВНЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ ИЗ ЭЛЕКТРОКОРУНДА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС Абразивные круги-кольца из золь-геливого корунда для шлифования зубчатых колес на станках «Глиссон» 22 Тарельчатые шлифовальные круги из хром-титанистого корунда

РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВ ПРАВКИ КРУГОВ ДЛЯ ЗУБОШЛИФОВАНИЯ Правящие алмазные ролики модуля m = 0,4 мм для зубошлифования на станках «Рейсхауэр», полученные методом гальваностегии Правящий ролик с алмазными вставками для правки кругов при шлифовании зуба Хурта. 23

В результате выполненных исследований решена актуальная научно-техническая задача, которая заключается в повышении эффективности зубошлифования за счет управления контактным взаимодействием круга с эвольвентным профилем зуба в зоне шлифования путем выбора абразивного материала инструмента и условий обработки. 1. Разработана математическая модель изношенной поверхности круга при шлифовании зубчатых колес и определены участки шлифовального круга, формирующего эвольвентный профиль зубчатого колеса. 2. Экспериментально установлены контуры участков контакта круга и зуба эвольвентного профиля зубчатого колеса при различных методах обработки. 3. Развито представление о вероятностном характере разрушения единичного абразивного зерна в зоне обработки. основанное на противоположном влиянии вариации разрушающей и действующей нагрузок для условий финишного и высокопроизводительного зубошлифования. 4. Определен период приработки шлифовального круга и созданы специальные инструменты для правки при зубошлифовании, что позволяет снизить расход инструмента. 5. Разработаны специальные шлифовальные круги со специальной формой режущей части круга для зубошлифования. 6. Разработаны эффективные технологии зубошлифования алмазно-абразивными кругами, которые позволют повысить производительность обработки до 2 раз, обеспечить возможность шлифования без правки или минимальной правкой и обеспечить технические условия по точности и качеству обработки зубчатых колес и других изделий с периодически повторяющимся профилем. 7. Результаты исследований используются при шлифовании зубчатых колес и других изделий с периодически повторяющимся профилем на предприятиях Украины. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 24