Механическая и термическая обработка зубчатых колес

В конструкциях передач подъемно-транспортных машин приме­няются цилиндрические и конические зубчатые колеса. Цилиндри­ческие зубчатые колеса выполняются прямозубыми, косозубыми и шевронными.

Конструктивные особенности колес, их диаметр и характер про­изводства в значительной мере определяют технологические про­цессы механической обработки колес.

Зубчатые колеса ПТМ диаметром до 400 мм и короткие вал- шестерни изготавливают обычно из поковок и штамповок. Цилин­дрические зубчатые колеса простой конфигурации в сечении могут изготавливаться из проката, однако при этом неизбежен большой отход металла в стружку. Для изготовления зубчатых колес из проката, поковок и штамповок используются стали марок 45, Ст40Х, 40ХН. Зубчатые колеса с диаметрами более 400 мм изго­тавливают отливкой из Ст35Л-И и 55Л-П с последующей нормалинацией. Технологический процесс механической обработки зуб­чатых колес включает токарную обработку заготовок, нарезание .шлицев или шпоночных пазов и нарезку зубьев.

Токарная обработка предусматривает обтачивание наружных .поверхностей и растачивание центрального отверстия зубчатых колес. При индивидуальном и мелкосерийном производстве токар­ная обработка обычно выполняется за два установа на токарных или карусельных станках. В качестве примера на рис. 31 показана (Обработка заготовки крупногабаритного зубчатого колеса на ■{токарно-карусельном станке [18]. На схеме указаны основные

Рис. 31 Токарная обработка заготовки зубчатого колеса на карусельном

Станке

.переходы (1—5) и применяемый режущий инструмент. В процессе 'обработки колеса одновременно обтачивают или растачивают не- ,сколько поверхностей за счет включения боковых и верхних ^суппортов. Так, например, одновременно могут выполняться переходы 1 и 3; 2 и 4 и т. д.

При среднесерийном производстве токарную обработку зуб­чатых колес диаметром 250—350 мм производят на токарно-кару­сельных станках, а при крупносерийном — на токарных много­резцовых автоматах (рис. 32). Заготовка колеса в этом случае устанавливается на оправку, имеющую канавки к для выхода подрезных резцов. Для направления заготовки в момент ее на- прессовки на оправку служит шейка N.

Шпоночные пазы колес при мелкосерийном производстве обра­батывают на долбежных станках, а при крупносерийном — на протяжных.

Для нарезания зубьев зубчатых колес применяются метод деле­ния (копирования) и методы обкатки. Нарезание зубьев методами деления выполняется дисковыми (рис. 33, а) и пальцевыми

(рис. 33, б) модульными фрезами. С этой целью используются уни­версально-фрезерные или специальные станки.

К методам обкатки относятся: нарезание червячной модульной фрезой (рис. 33, в) и круглыми или реечными долбяками.

Рис. 32. Токарная обработка заготовки зубчатого колеса на многорезцовом автомате

Нарезание методами обкатки производится на специальных зуборезных станках. Все метода нарезания зубьев основаны на использова­нии эвольвентного профиля зубьев (рис. 33, г)

Технологический про­цесс обработки шестерен, выполняемых вместе с ва­лом (валов-шестерен), со­стоит из операций обра­ботки валов и зубьев.

В процессе работы у зуб­чатых колес в наиболь­шей степени изнашиваются зубья. При недостаточной прочности зубьев на из­гиб происходит, их излом.

Противоизносные свойст­ва рабочих поверхностей зубьев повышаются за счет корригирования зубчатого зацепления, выбора мате­риала для изготовления зубчатых колес и их тер­мической обработки. Во всех случаях требуется, чтобы зубья имели большую прочность на изгиб и высокое сопротивление изнашиванию рабочих поверх­ностей. Эти требования могут быть наиболее полно удовлетворены,

Рис. 33. Методы нарезания зубьев зубчатых колес фрезами:

а — дисковыми; б — пальцевыми; в — червячной модульной фрезой; г — профиль зуба

если металл по всему основному сечению зубьев будет иметь высокие показатели прочности и вязкости, а поверхностные слои металла рабочих поверхностей зубьев — высокую твердость. Удов­летворить одновременно эти два требования можно, применяя методы химико-термической обработки зубьев или поверхностной их закалки.

Из методов химико-термической обработки зубьев для зубча­тых колес ПТМ чаще всего применяют азотирование и цементацию. Азотированием пользуются для деталей, изготовленных из средне­углеродистых и легированных сталей. После процесса азотиро­вания и последующей закалки с отпуском рабочие поверхности' зубьев получают твердость 40—50 HRC при твердости внутренних слоев 190—230 НВ. Толщина азотированного (закаленного) слоя обычно находится в пределах 2,5—4 мм.

Зубчатые колеса низкоуглеродистых сталей марок Ст20, Ст20Г подвергаются цементации. При этом поверхностные слои детали насыщаются углеродом за счет применения твердых, жидких или газообразных науглероживающих сред. В результате последую­щей закалки высокую твердость получают только науглероженные слои, а внутренние слои сохраняют свою начальную вязкость, так как содержание углерода в них при цементации не изменилось. Твердость закаленного цементированного слоя для зубчатых колес принимается в пределах 40—50 HRC при толщине 2,5—4 мм.

Поверхностной закалке подвергаются детали из среднеугле­родистых и легированных сталей (Ст40, 40Х, 40ХН и др.). Она достигается нагревом поверхностных слоев металла главным обра­зом токами высокой частоты (ТВЧ) или ацетилено-кислородным пламенем и последующим охлаждением. При обоих способах зака­ливаются только поверхностные слои металла, нагретые выше точки Асз на диаграмме «железо — углерод». Толщина закаленного слоя 2,5—4 мм находится в пределах 40—50 HRC, но может быть снижена за счет отпуска.

У средне- и крупномодульных зубчатых колес поверхностной закалке подвергается отдельно каждый зуб. При этом существует два метода закалки: только рабочих поверхностей зубьев или всех боковых поверхностей, включая поверхности впадины. При пер­вом способе в местах перехода от закаленного металла к незака­ленному создается концентрация напряжений, что часто приводит к излому зубьев по этим сечениям. При закалке вторым способом пе­реходная зона отсутствует, что повышает прочность зубьев на изгиб.