Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ / Инженерная геометрия и компьютерная графика

Технология изготовления внутренних зубчатых профилей холодным накатыванием

Диссертация

Автор: Востров, Владимир Николаевич

Заглавие: Технология изготовления внутренних зубчатых профилей холодным накатыванием

Справка об оригинале: Востров, Владимир Николаевич. Технология изготовления внутренних зубчатых профилей холодным накатыванием : диссертация ... кандидата технических наук : 05.01.05 Ленинград, 1985 175 c. : 61 85-5/3986

Физическое описание: 175 стр.

Выходные данные: Ленинград, 1985






Содержание:

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И АББРЕВИАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ ЗУБЧАТЫХ ПРОФИЛЕЙ, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
11 Используемые детали внутреннего зацепления в изделиях машиностроения и требования предъявляемые к их качеству
12 Анализ технологических методов изготовления внутренних зубчатых профилей и шлицев
13 Физико-химические методы обработки материалов
14 Современное состояние теории процессов объемного формообразования зубчатых венцов
15 Выводы по главе 1
16 Целъ и задачи исследования
2 СОЗДАНИЕ КЛАССИФИКАЦИИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКОЙ И НОВЫХ СПОСОБОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПРОФИЛЕЙ ХОЛОДНЫМ НАКАТЫВАНИЕМ
21 Классификация и анализ методов объёмной штамповки зубчатых колёс
211 Выбор системы классификации
212 Классификация и анализ методов объёмного формообразования периодических профилей
22 Новые способы формообразования накатыванием внутренних периодических профилей
221 Планетарно-осевой метод накатывания периодических профилей
222 Способ многопроходного накатывания внутренних зубчатых венцов
223 Способ накатывания внутренних зубчатых профилей с применением химически активной технологической сред
224 Способ накатывания внутренних зубчатых профилей на пористых заготовках
23 Выводы по главе 2
3 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ОБЪЕМНОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ НАКАТЫВАНИЕМ ЗУБЧАТЫХ ПРОФИЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ И СТОЙКОСТИ
ИНСТРУМЕНТА
31 Математическая модель процесса объемного формообразования внутренних зубчатых профилей накатыванием
311 Выбор модели объемного формообразования накатыванием внутренних зубчатых профилей и принятые допущения
312 Определяющая система уравнений
313 Оценка погрешности определения параметров напряженно-деформированного состояния в процессе осевой накатки зубчатых колес
32 Математическая модель стойкости накатного инструмента
321 Выбор феноменологической модели повреждений зубьев накатника
322 Напряженно-деформированное состояние зубонакатного инструмента
323 Усталостная прочность накатника
33 Выводы по главе 3
4 ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ НАКАТЫВАНИЯ ЗУБЬЕВ
41 Классификация, анализ геометрической формы и эффективность применения накатников
42 Методика проектирования рабочего участка накатника оптимальной формы
43 Алгоритм расчета оптимальной формы инструмента для осевого накатывания периодических профилей типа зубчатых
44 Выводы по главе 4
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА НАКАТЫВАНИЯ ВНУТРЕННИХ ЗУБЬЕВ, ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
51 Экспериментальные стенды для исследования основных параметров процессов осевого накатывания внутренних зубьев
52 Исследование энергосиловых параметров процессов накатки внутренних периодических профилей
53 Влияние основных параметров процесса на точность формообразованных зубчатых венцов
54 Построение модели расчета жесткости зубонакатного оборудования
55 Исследование качества поверхности накатанных периодических профилей
56 Эксплуатационные свойства изготовленных накатыванием зубчатых колес внутреннего зацепления
561 Оценка анизотропных свойств внутренних волновых зубьев, изготовленных накатыванием
562 Исследование механических свойств накатанных зубчатых венцов
563 Остаточные напряжения в зубчатом венце внутреннего зацепления, изготовленного холодным накатыванием
57 Особенности микроструктуры зубчатых профилей, формообразованных накатыванием на пористых спеченных заготовках
58 Создание химического состава поверхностно активной технологической среды
581 Анализ физико-химических процессов в деформированных стальных заготовках в условиях химически активной среды
582 Создание химического состава поверхностно активной технологической среды
583 Исследование электрохимических свойств технологической среды
584 Влияние химически активных смазок на физико- механическое состояние поверхности накатанных зубчатых венцов
59 Выводы по главе 5
6 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ХОЛОДНОГО НАКАТЫВАНИЯ ВНУТРЕННИХ ЗУБЧАТЫХ ВЕНЦОВ
61 Анализ технологических возможностей и конструкций оборудования для накатывания внутренних зубьев
62 Создание оборудования для планетарно-осевого накатывания периодических профилей
63 Станок для многопроходного накатывания внутренних зубчатых профилей
64 Методика выбора оборудования для накатывания внутренних зубьев
65 Выводы по главе 6
7 ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ХОЛОДНОГО НАКАТЫВАНИЯ ВНУТРЕННИХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ
ПРОФИЛЕЙ
71 Основы автоматизированного расчета технологических параметров процессов накатывания внутренних периодических профилей
711 Модель технологического процесса накатывания внутренних периодических профилей
712 Алгоритм реализации математической модели технологического процесса холодного накатывания внутренних периодических профилей
72 Качество формообразованных деталей с периодическими профилями и способы устранения дефектов
73 Промышленное использование созданных техпроцессов холодного накатывания внутренних периодических профилей
74 Выводы по главе 7

Введение:
Для решения важнейших задач экономического развития страны необходимо прежде всего совершенствование трудоемких производственных процессов, у которых низкая производительность труда, высокая себестоимость изделия, велики затраты материалов. К таким процессам относятся процессы формирования внутренних зубчатых и других периодических профилей.
Процесс формирования внутренних зубьев, шлицев и других периодических профилей методами резания является трудоемким и малопроизводительным. Трудоемкость их изготовления составляет 70.80% общей трудоемкости обработки детали. Низкая производительность оборудования требует значительного парка станков и больших производственных площадей.
Одним из радикальных путей интенсификации процессов зубообработки является более широкое применение в промышленности методов объемного формообразования. Получение данными методами внутренних периодических профилей значительно повышает эффективность изготовления за счет увеличения производительности процесса, экономии металла и улучшения качества изделия.
Технологические возможности процессов холодного объемного формообразования периодических профилей в значительной степени ограничены способностью металла к упрочнению. Наиболее упрочненным является поверхностный слой накатанных профилей, который распространяется на глубину 25.30 мкм. Его твердость составляет 3,75.4,20 кН/мм , что превышает твердость основного металла на 80. 100%. Процессы разупрочнения материала заготовки методами термообработки трудоемки и малоэффективны. Для решения данной проблемы необходим принципиально новый цодход.
Наиболее разработана научная база процессов накатки наружных зубьев. Известные способы формообразования зубьев и шлицев внутреннего зацепления мало изучены. Имеющиеся рекомендации не являются достаточными для разработки расчетных моделей процессов, проектирования промышленных технологий и соответствующего оборудования.
Анализ возможных альтернатив решения проблем создания средств автоматизации производства, двигателей авиационно-космической техники, возникших в связи с освоением новых видов изделий: волновых передач и подшипников Новикова, показывает, что для решения этих проблем наиболее перспективны способы изготовления деталей внутреннего зацепления методами объемного формообразования. Однако каких либо теоретических анализов и систематических экспериментальных исследований этих способов не проведено. На пути их практического освоения сделаны лишь первые шаги. Известные способы объемного формообразования внутренних зубчатых и шлицевых профилей имеют ряд недостатков и нуждаются в совершенствовании.
Учитывая изложенное, актуальной является цель работы - создание новых способов, научно обоснованных методик расчета параметров и основ проектирования процессов объемного формообразования зубчатых и шлицевых профилей внутреннего зацепления, создание и внедрение на этой основе технологий изготовления типовых зубчатых колес с модулем 0,2.2,5 мм и деталей со шлицами модуля 0,5.4,0 мм. выпускаемых предприятиями автомобильной, тракторной, станкостроительной и других отраслей промышленности, обеспечивающих уменьшение трудоемкости, материалоемкости и улучшение качества изделий машиностроения.
Поиск новых технических решений по совершенствованию способов получения внутренних периодически профилей и расширению номенклатуры получаемых методами ХОШ затруднен из-за отсутствия классификации, объединяющей основную группу процессов формообразования холодным объемным деформированием деталей внутреннего зацепления.
Большие значения для решения проблем создания технологий объемного формообразования зубчатых колес и деталей со шлицами имеют результаты проведенных исследований в различных аспектах выполненные отечественными и зарубежными учеными: Целиковым А.И., Богоявленским К Н., Аксеновым Л.Б., Проскуряковым Ю.Г., Васильчиковым М.В., Кузьминым А.Д., Барбаричем М.В., Мазуренко Ю.П., Фельдманом Г., Шмитом Р., Хаммершмцдтом Е., Пасеком В. и другими. Благодаря выполненным работам выявлены основные условия формообразования периодических профилей в зависимости от характера напряженно-деформированного состояния, состояния поверхности и других факторов. Предложено несколько гипотез, объясняющих механизм течения металла На основе феноменологического подхода теории пластических деформаций металлов и экспериментальных исследований для ряда способов объемного формообразования зубчатых колес наружного зацепления получены зависимости для определения силовых параметров процессов и прочностных характеристик изготавливаемых деталей. Результаты проведенных исследований не позволяют рассчитать оптимальные технологические режимы и конструкции станков, прогнозировать качество деталей внутреннего зацепления на стадии проектирования технологии их получения.
Подход к процессам получения методами ХОШ деталей с периодическими профилями как к технологической системе, совершенствование которой происходит во взаимосвязи с основными направлениями работ по экономии ресурсов в машиностроении, показывает необходимость решения проблемы создания научно обоснованных методик расчета параметров процессов холодного накатывания внутренних периодических профилей и оборудования для реализации данных процессов на основе системного анализа, достижений и дальнейшего развития теории и технологии малоотходных процессов ХОШ деталей и точных заготовок.
Большой вклад в создание научных и практических основ холодной объемной штамповки внесли работы Артеса А.Э., Береснева Б.И., Головина В А., Дмитриева А.М., Евстратова ВА., Евстифеева В.В., Ланского E.H., Мишунина ВА., Навроцкого ГА., Овчинникова А.Г., Оленина Д.Д., Паршина В.Г., Риса В.В., Степанского Л.Г., Фаворского В.Е., Филимонова Ю.Ф., Ланге К., Пью X., Фельдмана X., Фолькнера В., Эверхарта Д. и многих других отечественных и зарубежных ученых. Однако возникают новые задачи, связанные, в частности, с расширением номенклатуры металлов и сплавов, деформируемых малоотходными методами ХОШ, поиском экономичных и эффективных смазочных материалов для реализации операций холодного объемного деформирования при изготовлении периодических профилей.
В диссертации на основании выполненных автором исследований и разработок осуществлено решение крупной, имеющей важное научно-хозяйственное значение научно-технической проблемы создания технологий изготовления периодических профилей внутреннего зацепления холодной объемной штамповкой, благодаря чему обеспечивается экономия ресурсов за счет повышения производительности труда, снижения затрат на инструмент, уменьшения парка зубообрабатывающих станков и капитальных вложений.
Разработанные теоретические положения, методы расчета и новые технологические решения опираются на труды по теории упругости, пластичности, разрушения, обработке металлов давлением, системному анализу и математической статистике.
Научная новизна работы заключается в создании новых способов образования холодной объемной штамповкой периодических профилей внутреннего зацепления, разработке научно-обоснованных методик расчета параметров и проектирования технологий накатывания внутренних периодических профилей, основанных на результатах теоретических и экспериментальных исследований, включающих:
•классификацию процессов объемного формообразования периодических профилей, на основе которой предложены новые перспективные способы и конструкторские решения формообразования деталей внутреннего зацепления, обеспечивающие повышение производительности . труда, снижение себестоимости изделия, расширение номенклатуры изготавливаемых методами ХОШ деталей с зубчатыми профилями до модуля 2,5 мм и шлицами до модуля 4,0 мм при требуемом качестве деталей;
•научно обоснованную методику проектирования технологических процессов холодного накатывания внутренних периодических профилей, позволившую на основе комплекса математических моделей процесса на стадии разработки технологии осуществить выбор технологических режимов, оборудования и инструмента, определить возможность изготовления детали и провести косвенное прогнозирование эксплуатационных характеристик формообразованных деталей;
•созданные и реализованные в промышленном производстве технологии изготовления типовых деталей внутреннего зацепления, проектируемые с применением научно обоснованных в диссертации методик расчета и рекомендаций;
•методики и стенды для экспериментального исследования технологических параметров процесса, позволившие установить закономерности процессов формообразования накатыванием внутренних периодических профилей, сформулировать граничные условия для анализа напряженного состояния в очаге деформации, проверить адекватность математических моделей и построить статистические модели процесса;
•методику проектирования инструмента оптимальной формы для осевого накатывания зубьев> основанную на теоретическом анализе процесса накатывания периодических профилей внутреннего зацепления, феноменологической теории разрушения, обеспечившую повышение стойкости 5 инструмента и снижение уровня максимальных контактных напряжений в зоне разрушения накатников по сравнению с инструментом традиционной формы;
• рекомендации по рациональному использованию новых поверхностно активных смазочных материалов;
•новые конструкции основных технологических узлов станков для холодного накатывания внутренних периодических профилей в условиях единичного, серийного и массового производств;
•классификацию, объединяющую показатели качества и дефекты внутренних периодических профилей, формообразованных холодным накатыванием, на основе которой выполнен анализ возможных дефектов и найдены способы устранения дефектов.
Практическая ценность и реализация работы. На основе предложенных в диссертации способов, методик расчета и установленных закономерностей процессов формоообразования внутренних периодических профилей, результатов исследования параметров процессов и эффективности смазочных материалов разработаны при личном участии автора и внедрены на ряде предприятий приборостроительной, станкостроительной и авиационной промышленностей новые технологии получения периодических профилей внутреннего зацепления методами ХОШ. Внедрение этих технологий обеспечило повышение производительности труда в 2.2,5 раза, снижение затрат на инструмент в 2.3 раза, уменьшение числа зубообрабатывающих станков в 2,0.2,5 раза и капитальных вложений в 1,5.2,0 раза, позволило создать ряд изделий новой техники с повышенными технико-экономическими показателями. Разработанные рекомендации и методики расчета параметров процессов накатывания внутренних зубьев жестких колес волновых передач и рабочих профилей колец подшипника Новикова внедрены в практику на Объединении предприятий «Ассоциация центров инжиниринга и автоматизации» и
Научно исследовательском институте двигателей» при проектировании автоматизированного технологического комплекса и двигателей авиационно-космической техники.
Созданные технологии и конструкции зубонакатных станков открывают широкие перспективы для эффективного использования; волновых передач и подшипников Новикова в изделиях машиностроения.
Результаты испытаний показали, стойкость накатанных зубчатых колес в 1,5.2,0 раза выше изготовленных резанием.
Фактический экономический эффект от внедрения результатов работы составил 880 тысяч рублей, а ожидаемый - более 6 млн. рублей в ценах 1999 года, что подтверждено актами внедрения, приведенными в приложении. Разработанные технологические процессы награждены серебряной и бронзовой медалями ВДНХ СССР и дипломом 1 степени ВДНХ СССР. Материалы диссертации используются в учебном процессе - курсах лекций и лабораторных работах СПбГТУ.
Предметом защиты являются: •созданные классификация и новые способы объемного формообразования внутренних периодических профилей;
•научно обоснованные основы проектирования технологических процессов и созданные технологии получения холодным накатыванием внутренних периодических профилей;
•методики и стенды для экспериментального исследования технологических параметров процесса;
•методика проектирования инструмента для осевого накатывания зубьев; •новые конструкции технологических узлов станков для холодного накатывания внутренних периодических профилей;
•классификация, объединяющая показатели качества и дефекты внутренних периодических профилей формообразованных холодным накатыванием.
Диссертация является результатом обобщения НИР, выполненных на кафедре «Машины и технология обработки металлов давлением» Санкт-Петербургского государственного технического университета под руководством и при непосредственном участии автора для рада предприятий Российской Федерации и Болгарии приборостроительной, станкостроительной, авиационной, тракторной и других отраслей промышленности. В paбoтeJ в частности использовались результаты совместных исследований, выполненных при научной консультации автора, ныне кандидатов технических наук Новиковым А.В., Шекерджиевым Е.Р., Шлеминым Е.В. Автор является научным руководителем диссертационной работы Ли В.А., представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук.
Работа выполнялась в соответствии с международной программой в рамках договора № 4.3.7.1.13 между Санкт-Петербургским государственным техническим университетом и Технологическим институтом пластической обработки зубчатых колес (г. Русе, Болгария). Работа проводилась в содружестве с АО «Кировский завод», Научно исследовательским и проектно-конструкторским институтом «Терминал», Научно исследовательским институтом двигателей, Кишиневским заводом пищевого оборудования, Объединением предприятий «Ассоциация центров инжиниринга и автоматизации», Конструкторско-технологическим объединением «Прогресс», Технологическим институтом пластической обработки зубчатых колес (г. Русе, Болгария), Объединением «Завод за постояннотокови двигатели и електроапаратура» (г. София, Болгария) и другими предприятиями.
Материалы диссертации изложены на 19 Всесоюзных, республиканских, региональных и международных конференциях и семинарах, экспонировались на ВДНХ СССР. По результатам работы опубликовано 52 печатных работы, в том числе 4 брошюры и 25 авторских свидетельств и патентов, 3 статьи опубликованы в научно-технических журналах Болгарии.