Файл: Лебедев, В. Г. Шлифование зубчатых колес абразивными, алмазными и эльборовыми кругами.pdf

В. Г. ЛЕБЕДЕВ ШЛИФОВАНИЕ

ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

АБРАЗИВНЫМИ,

АЛМАЗНЫМИ И ЭЛЬБОРОВЫМИ

КРУГАМИ

Под общей редакцией заел. деят. науки и техники УССР, докт. техн. наук А. А. Маталина

«ТЕХНІКА» 1973

Предисловие

Увеличение объема выпускаемой продукции, наме­ ченное в решениях XXIV съезда КПСС, связано с интен­ сивным ростом производительности труда, всемерной ме­ ханизацией и автоматизацией производства, внедрением новой прогрессивной технологии, интенсификацией тех­ нологических процессов и т. п. Одним из многочисленных вопросов этой комплексной проблемы является разработка прогрессивной технологии шлифования закаленных зуб­ чатых колес.

Технологические возможности зубошлифовальных станков позволяют интенсифицировать режимы обработки, однако эти резервы увеличения производительности про­ цесса шлифования не используются по следующей при­ чине. Выделение большого количества тепла и обработка на больших скоростях резания вызывают быстрый и кратковременный нагрев поверхностных слоев металла до высоких температур, в результате чего в поверхностных слоях происходят структурные и фазовые превращения, которые называются шлифовочными прижогами. Если тем­ пература поверхности повышается выше линии АС3, то образуются прижоги закалки с отпуском, если темпера­ тура поверхности ниже линии АС3, то образуются при­ жоги отпуска. Как прижоги закалки, так и прижоги от­ пуска значительно (на 25—30%) снижают эксплуатаци­ онные характеристики зубчатого колеса, усталостную и изгибную прочность прошлифованных зубьев [1, 4].

В результате интенсивного теплового воздействия на металл в поверхностном слое возникают остаточные напряжения, чаще всего растягивающие [4, 9], что так же

3

неблагоприятно сказывается на эксплуатационных ха­ рактеристиках зубчатых колес.

Наиболее доступный, но наименее приемлемый с точки зрения интенсификации процесса обработки путь умень­ шения температуры — снижение режимов обработки. В брошюре предложены методы снижения температуры при одновременной интенсификации режимов обработки, ис­ пользование которых дает возможность значительно по­ высить производительность шлифования закаленных зуб­ чатых колес и сохранить требуемое качество поверхностно­ го слоя.

При написании брошюры были использованы резуль­ таты исследований процесса шлифования закаленных зуб­ чатых колес, проведенных автором и данные других иссле­

Брошюра В. Г. Лебедева «Шлифование зубчатых ко­ лес образивными, алмазными и эльборовыми кругами» входит в серию «Библиотека инженера-технолога», кото­ рую издательство «Техніка» начало выпускать с 1971 г. В брошюрах этой серии освещаются актуальные вопросы разработки и внедрения новых технологических процес­ сов обработки металлов.

Библиотека подготавливается к изданию редакцией на общественных началах при кафедре технологии машино­ строения Одесского политехнического института. Состав редакционной коллегии: проф. Л. Б. Эрлих, инженеры В. И. Дубовой, Г. П. Кремнев, кандидаты технических наук Т. Б. Дашевский, Е. Н. Некрасов, В. Г. Лебедев, К. В. Ломакин, Я. Д. Колкер, А. К. Парфенов, В. С. Рысцова. Возглавляет редакционную коллегию заел. деят. науки и техники УССР, докт. техн. наук, проф. А. А. Маталин.

Отзывы и пожелания просим направлять по адресу:

252601, Киев, 4ГСП, Пушкинская, 28, издательство «.Тех­ ніка».

4

ШЛИФОВАНИЕ ЗАКАЛЕННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС АБРАЗИВНЫМИ КРУГАМИ

Температура поверхности при шлифовании закаленных зубчатых колес зависит от теплофизических характеристик шлифуемого материала, твердости, геометрических раз­ меров изделия, от характеристики круга (зернистости, твердости, связки) и от режимов обработки. Характеристи­ ки режима обработки следующие: скорость вращения шли­ фовального круга пкр; скорость перемещения пятна кон­ такта круга с зубом по поверхности зуба уп.к! глубина резания í; подача s. Скорость перемещения пятна контакта по поверхности зуба равна относительной скорости дви­ жения детали Пд, т. е. скорости движения детали относи­ тельно режущей кромки шлифовального круга.

Теплофизическими характеристиками обрабатываемо­ го металла являются коэффициент теплопроводности À; теплоемкость с; плотность металла у и коэффициент темпера­ туропроводности а. Обобщенной теплофизической харак­ теристикой является коэффициент тепловой активности

металла є = ]/ А су. Температура поверхности металла обратно пропорциональна коэффициенту тепловой актив­ ности е [17], т. е. чем выше тепловая активность шлифу­ емого материала, тем ниже температура поверхности.

Для материалов, применяемых при изготовлении зуб­ чатых колес, наибольшие и наименьшие значения сиу отличаются друг от друга в 1,25—1,18 раза, а наибольшие и наименьшие значения коэффициентов теплопроводно­ сти— до 2,5 раз (табл. 1). Таким образом, на величину ко­ эффициентатепловой активности металла наибольшее влия­ ние оказывает коэффициент теплопроводности, поэтому тем­ пература поверхности тем выше, чем ниже коэффициент

&

6

процесса шлифования температура поверхности в за­ висимости от теплофизических свойств может изменяться на 45—60%.

Исходная твердость обрабатываемого материала ока­ зывает незначительное влияние на температуру его поверхности. При шлифовании шестерен из чугуна СЧ 21-40 (НВ 270; Ä = 39,8 дж!м ■ сек • град) и из закаленной стали 45 (HRC 50; À, = 40,2 дж/м ■ сек ■ град) отношение температуры поверхности стали к температуре поверхности чугуна при глубинах обработки 0,02, 0,03, 0,04, 0,05 мм

составляет соответственно 1,1; 1,1; 1,1; 1,17, т. е. темпе­ ратура поверхности при шлифовании шестерен из закален­ ной стали на 10—17% выше, чем температура поверхности при шлифовании шестерен из чугуна, несмотря на то, что разность величин исходной твердости материалов значи­ тельна. Это явление можно объяснить тем, что при шлифо­ вании под действием высокой температуры происходит выравнивание значений твердости шлифуемых металлов

Путем измерения усилий резания при шлифовании стальных и чугунных шестерен установлено, что отношение

Pz

сил р стали при глубинах обработки 0,01; 0,02; 0,03;

2чугуна

0,04; 0,05 мм составляет соответственно 1,22; 1,17; 1,2; 1,15; 1,2, откуда также видно, что твердость металлов при шлифовании в значительной степени выравнивается.

Как указывалось выше, геометрические размеры шли­ фуемых шестерен, которые зависят от модуля и числа зу­ бьев, также оказывают некоторое влияние на температуру

7

поверхности, так как от модуля и числа зубьев зависит плошадь пятна контакта круга с зубом, а следовательно, и мощность теплового источника. При увеличении модуля шестерен вдвое температура поверхности повышается на 15—17%, при увеличении числа зубьев вдвое температу­ ра поверхности понижается примерно в тех же пределах.

Характеристики круга на температуру поверхности при шлифовании закаленных зубчатых колес влияют следующим образом.

При повышении зернистости круга от 16 до 40 темпе­ ратура поверхности понижается на 15—20%. Это явление объясняется тем, что с повышением зернистости абразив­ ного круга в съеме металла принимает участие меньшее число зерен. Это приводит к тому, что несмотря на некото­ рое увеличение выделяемого тепла при работе каждого зерна в отдельности, суммарная температура поверхности понижается. Эта зависимость аналогична зависимости при плоском шлифовании.

При увеличении твердости абразивного инструмента от М3 до С1—С2 температура поверхности возрастает на 30—40%. Это происходит потому, что с увеличением твер­ дости шлифовального круга для удаления изношенных зерен требуются большие усилия, условия самозатачи­ вания круга ухудшаются и на поверхности шлифуемого зуба возникают более высокие температуры.

Режимы обработки на температуру поверхности также оказывают значительное влияние. При изменении режимов обработки изменяется мощность теплового источника, нагревающего металл шлифуемого зуба, и, кроме того, из­ меняется характер распределения тепла между кругом и деталью. Так, при увеличении скорости вращения шли­ фовального круга и глубины резания температура поверх­ ности шлифуемого зуба значительно возрастает. Это про­ исходит потому, что увеличиваются число тепловых импульсов, действующих на поверхность, и мощность суммарного теплового импульса. Увеличение подачи также

8