Термообработка зубчатых колёс выполняется в середине технологического маршрута, а не на его завершающей стадии. Сначала нарезается зубчатый венец, затем поверхность насыщается углеродом или азотом, следуют закалка и отпуск, и только после этого искажения геометрии устраняются обкатным или профильным зубошлифованием. Карта химико-термической обработки и режимы финишного шлифования рассчитываются совместно: припуск на сторону зуба, характеристика круга и схема контроля венца увязываются с требуемой глубиной цементованного слоя.
Назначение термообработки зубчатого венца перед шлифованием
Зубчатый венец должен выдерживать контактную нагрузку на активном профиле и сохранять вязкость у основания зуба. Сквозная закалка всего сечения такого сочетания свойств не обеспечивает: сердцевина становится хрупкой, а тонкий обод деформируется в закалочной среде. Цементация и нитроцементация формируют твёрдый диффузионный слой на боковых поверхностях зуба при сохранении пластичной сердцевины. После закалки этот слой ещё не является готовым профилем: его конечная толщина, твёрдость и геометрия определяются объёмом металла, снимаемым при шлифовании.
Ошибка в назначении припуска приводит к дефектам двух типов. При избыточном съёме шлифование прорезает цементованный слой до нецементованной сердцевины; при недостаточном на профиле остаётся необработанная зона, а пятно контакта не выводится в заданные границы. Оба дефекта выявляются не на термическом участке, а при контроле геометрии: эвольвента выходит за поле допуска, пятно контакта смещается к вершине или к основанию зуба, уровень шума зубчатой передачи возрастает.
Изменение геометрии венца в закалочной среде
Нагретая заготовка охлаждается неравномерно: зуб отдаёт тепло быстрее обода, а тонкий диск быстрее ступицы. Следствием являются характерные послезакалочные отклонения:
- конусность и бочкообразность по ширине венца;
- отклонение направления линии зуба;
- радиальное биение посадочного отверстия относительно делительной окружности;
- локальные отклонения эвольвенты у торцов венца.
Перечисленные отклонения обусловлены физикой охлаждения садки и устраняются финишной обработкой по закалённому слою: круг корректирует профиль и направление зуба после термической операции. Восстановить сточенный диффузионный слой шлифованием невозможно, поэтому карта термообработки и карта шлифования разрабатываются во взаимной увязке.
Припуск, модуль и глубина цементованного слоя
Расчёт начинается с трёх исходных величин: модуля, ширины венца и требуемой толщины цементованного слоя после шлифования. На их основании назначается припуск на сторону зуба. Завышенный припуск увеличивает время цикла на зубошлифовальном станке и повышает риск вскрытия сердцевины у основания зуба. Заниженный припуск не компенсирует коробление, и профиль не выводится в поле допуска чертежа.
Для колёс среднего модуля запас под твёрдое шлифование составляет десятые доли миллиметра на сторону, однако конкретное значение зависит от фактического коробления садки: тонкостенный венец деформируется сильнее массивного. До запуска серийного маршрута целесообразно прошлифовать опытный комплект и измерить остаточную толщину слоя у основания и у вершины зуба, где съём распределяется неравномерно.
Обкатное и профильное зубошлифование после закалки
Обкатное зубошлифование применяется в серийном производстве: червячный круг формирует эвольвенту кинематикой станка, что обеспечивает высокую производительность и стабильное качество при согласованных припуске и режиме правки круга. Профильное шлифование используется для мелких партий, крупных модулей, внутренних зубчатых венцов и колёс, требующих индивидуальной коррекции профиля. После термообработки оба метода работают по твёрдому слою; различие состоит в распределении съёма и в способе компенсации отклонения линии зуба.
Определяющее значение имеет кинематика оборудования: система правки круга, число управляемых осей, датчики касания и циклы коррекции по результатам измерений. При нестабильных результатах термической обработки от партии к партии коррекция на станке переходит в ручную подгонку. В этом случае пересматривается не только программа шлифования, но и схема садки: ориентация венцов, конструкция подставок, равномерность потока закалочной среды.
Согласование с реверс-инжинирингом и подбором оборудования
При отсутствии исходной документации, когда колесо демонтировано с импортного редуктора, марка стали не указана и параметры слоя неизвестны, работы начинаются с реверс-инжиниринга: выполняются обмер, измерение твёрдости, оценка покрытия и диффузионного слоя. По полученным данным рассчитывается остаточная толщина слоя после шлифования и определяется требуемая конфигурация станка.
При организации собственного участка твёрдой доводки зубошлифовальное оборудование и инструмент подбираются под действующую технологию термообработки. Обратная последовательность приводит к простою станка до момента, когда параметры садки начнут укладываться в назначенный припуск.
Исходные данные для согласования технологического маршрута
- чертёж венца: модуль, число зубьев, ширина, посадка, поля допуска по профилю и направлению зуба;
- марка стали, требуемая твёрдость слоя и сердцевины;
- глубина цементации до и после шлифования, если она задана;
- применяемый способ закалки: газовая среда, масло, полимерная среда, схема садки;
- объём выпуска и модель установленного зубошлифовального станка при его наличии.
Перечисленные данные позволяют определить ограничивающий фактор маршрута: глубину слоя, припуск, коробление или технические возможности станка. Заявка на согласование маршрута направляется по адресу mail@kappniles.ru или через форму на этой странице.