Сталь для червячных фрез
При изготовлении фрез для обработки металлов применяется широкая номенклатура инструментальных материалов, которые подразделяются на следующие основные классы: быстрорежущие стали, твердые сплавы, минералокерамика, сверхтвердые материалы (алмазы и композиты). Свойства перечисленных инструментальных материалов по двум важнейшим показателям (теплостойкости, пределу стойкости) сведены в табл. 3.1. В табл. 3.2 приведены сведения о свойствах наиболее распространенных марок быстрорежущих сталей (БС), применяемых для изготовления фрез.
| Инструментальный материал | Теплостойкость, о С | Предел прочности при изгибе σи, МПа |
| Быстрорежущие стали | 600…650 | 2050…3400 |
| Твердые сплавы | 800…900 | 900…2000 |
| Минералокерамика | 1100…1200 | 325…700 |
| Алмазы | 700…800 | 210…400 |
| Композиты | 1300…1500 | 400…1500 |
| Группа (стандарт ИСО 4957-80) | Марка (ГОСТ 19265-73) | σи, МПа | HRС | Теплостойкость, о С, при твердости 59 HRC |
| Базовая | Р6М5 | 3000…4000 | 63…66 | 650 |
| Р18 | 2600…3200 | 62…65 | 620 | |
| С увеличенным содержанием кремния | Р6М5Ф3 | 2000…3200 | 64…66 | 630 |
| Содержащая кобальт | Р6М5К5 | 2400…3000 | 64…66 | 630 |
| Р9М4К8 | 2000…2700 | 64…67 | 630 |
Базовая группа БС предназначена для обработки конструкционных сталей с твердостью до 280 НВ. Сталь Р6М5Ф3 применяется с целью повышения стойкости инструмента. Применение стали Р6М5К5 обеспечивает рост скорости резания (по сравнению с базовой группой) на 20%, или увеличивает количество периодов стойкости инструмента в 1,5…3 раза. Сталь Р9М4К8 обладает повышенной износостойкостью по сравнению со сталью Р6М5К5.
Основными изготовителями российских марок твердого сплава (ТС) являются: ОАО «Кировградский завод твердых сплавов» (КЗТС), ГУП «Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов» (ВНИИТС) и ОАО « Московский комбинат твердых сплавов» (Сандвик-МКТС). Российские марки ТС группы Р без покрытия приведены в табл. 3.3. В табл. 3.4 приведены российские марки ТС с покрытиями предназначенные для выполнения фрезерных работ.
Рекомендации по применению марки ТС являются ориентировочными и применительно к конкретным операциям требуют уточнения. Наиболее общими рекомендациями применения ТС являются следующие: группы РО1 предназначены для различного вида точения; ТС группы 25 обладают повышенным сопротивлением циклическим, динамическим и тепловым нагрузкам при фрезеровании; группа Р30 предназначена для черновой обработки стальных деталей; группа Р40 предназначена для нагруженной черновой обработки по загрязненной литейной корке, сварным швам при больших неравномерных припусках и т.п. В табл. 3.5 – 3.10 сведены параметры напайных ТС, используемых для различных типов фрез.
 | ||||
| Обозначение | l | b | s | α, о |
| ГОСТ | ||||
| Тип 15, левая | ||||
| 15040 | 16 | 10 | 4,0 | 15 |
| Тип 15, правая | ||||
| 15030 | 16 | 10 | 4,0 | 15 |
*Размеры для пресс-форм
**Размер для справок
*Размеры для пресс-форм
Сменные ТС режущие пластины с износостойкими покрытиями обеспечивают повышение скорости резания на 20…40%. Они подразделяются на сменные многогранные пластины неперетачиваемые (СМП) и сменные многогранные перетачиваемые пластины (СПП). Наиболее распространенные формы СМП и области их применения приведены в табл. 3.11.
Керамика предназначена для обработки ковких чугунов и отожженных конструкционных и инструментальных сталей. Основные марки керамики и области их применения приведены в табл. 3.12.
| Марка | Состав | Область применения |
| ВО-100 | Al2O3+оксиды | Высокоскоростное чистовое точение чугуна и стали в состоянии поставки без СОТС |
| ВОК-200 | Al2O3+TiC | Чистовая и получистовая обработка углеродистых и легированных сталей, серых ковких чугунов, графита без СОТС или при обильном охлаждении. |
| ВОКС-300 | Слоистый керамический материал на твердой подложке | Чистовая и получистовая токарная обработка углеродистых, легированных, закаленных сталей и различных чугунов, в том числе и при неравномерных припусках и ударов от абразивных включений. |
| ТВИН-200 | Si3N4+оксиды | Черновое, получистовое и чистовое точение и фрезерование чугунов; обработка сплавов на основе кобальта и никеля. |
| ТВИН-400 | Al2O3+SiCw | Обработка никелевых сплавов, закаленных высоколегированных и быстрорежущих сталей и чугунов твердостью более 250 НВ. |
| ОНТ-20 | Al2O3+TiN | Обработка закаленной стали, отбеленных чугунов, цветных металлов на основе меди, сплавов на основе никеля. |
| У с л о в н о е о б о з н а ч е н и е: — нитевидные монокристаллы карбита кремния. | ||
В табл. 3.13. приведены рекомендуемые режимы резания при обработке стали и чугуна режущим инструментом из керамике при торцовом фрезеровании.
| Обрабатываемый материал | Режимы резания | ||
| V, м/мин | So , мм/об | t, мм | |
| Сталь: 150…250 НВ | 300…700 | 0,02…0,2 | 0,2…2,0 |
| 25…40 HRC | 200…500 | 0,02…0,15 | 0,2…2,0 |
| 40… 50 HRC | 100…300 | 0,02…0,15 | 0,2…1,5 |
| 50…60 HRC | 60…120 | 0,01…0,1 | 0,1…1,0 |
| 60…70 HRC | — | — | — |
| Чугун: 120…240 НВ | 300…600 | 0,02…0,25 | 0,2…3,0 |
| 240…400 НВ | 150…300 | 0,02…0,2 | 0,2…3,0 |
| 400…600 НВ | 50…100 | 0,01…0,1 | 0,2…1,5 |
Поликристаллические СТМ используются в качестве лезвийного инструмента, которые подразделяются на поликристаллы алмаза (ПКА) и поликристаллы нитрида бора (ПКНБ). Фрагменты СТМ запаиваются в вершину корпуса стандартных ТС. Основные марки СТМ на основе ПКНБ представлены в табл. 3.14, а режимы резания с использованием ПКНБ – в табл. 3.15.
Червячная фреза для нарезания зубьев и звездочек
Для механической обработки заготовок из различных материалов зачастую применяется фрезеровальное оборудование. Оно характеризуется тем, что основное вращение получает инструмент, а заготовка во время обработки находится в неподвижном состоянии. В качестве инструмента часто применяется червячная фреза. Отличительной особенностью подобной фрезы можно назвать область применения, которая заключается в нарезании шлицевых валов с различным профилем, получение зубчатых колес. В большинстве случаев они отличаются острозаточенные затылованными зубьями, при изготовлении могут применяться самые различные сплавы, которые во многом определяют режим обработки и другие наиболее важные моменты.
Конструкции инструмента
При производстве рассматриваемого инструмента должны учитываться нормы, которые установлены в ГОСТ 15127-83 (фреза червячная в противном случае не сможет обеспечить высокое качество получаемой поверхности). Изделие характеризуется достаточно сложной конструкцией, при этом она может существенно отличаться в зависимости от предназначения фрезы. Червячные зуборезные фрезы цилиндрические состоят из следующих элементов:
- При изготовлении в качестве основы применяется цилиндрическая болванка. Она может иметь самые различные размеры и длину, все зависит от конкретной поставленной задачи при изготовлении.
- Рабочая часть представлена зубьями, которые имеют особую форму. При этом зубья расположены на определенном удалении друг от друга, есть технологические канавки для отвода стружки.
- По торцевым сторонам, как правило, есть небольшие скосы, предназначенные для отделения рабочей части от крепежного элемента станка.
- Сегодня фрезы червячные могут устанавливаться на различных фрезеровальных станках, для чего в центральной части изделия есть отверстие. Проворачивание инструмента на момент обработки заготовки исключается за счет отверстия для шпонки. Ее размеры выбираются в зависимости от того, на какую нагрузку рассчитано изделие.
Форма зубьев получается при соблюдении государственных стандартов. Она во многом определят то, для получения каких деталей применяется инструмент.
Могут применяться варианты исполнения с уменьшенным профильным углом. Этот инструмент позволяет уменьшить количество микронеровностей на поверхности. Среди особенностей применения отметим следующие моменты:
- Применение инструмента с уменьшенным профильным углом позволяет улучшить процесс резания. При этом обеспечивается рациональное распределение припуска на финишное резание.
- Встречаются варианты исполнения многозаходного типа, которые могут применяться для получения колес с модулем 4-5 мм.
- Существенное увеличение жесткости оправы позволяет увеличить подачу и повысить производительность. Уменьшение количества микронеровностей на поверхности зуба также обеспечивает получение качественной детали.
- Использоваться подобный инструмент может исключительно на станках, габариты которых позволяют проводить установку. Рекомендуется применять радиальное направление подачи для существенного увеличения показателя производительности.
Эвольвентная винтовая поверхность характеризуется тем, что поверхность может обрабатываться при применении плоского шлифовального круга. При изготовлении подобной поверхности может возникнуть ряд трудностей.
Характеристики режущей кромки могут существенно отличаться. Примером можно назвать архимедовою винтовую поверхность, которая получается прямым отрезком с пересечением осью под определенным углом. Проводится изготовление фрез по ГОСТ 8027-86, за счет чего обеспечиваются требуемые эксплуатационные характеристики. Вес червячных фрез варьируется в большом диапазоне, зависит от типа применяемого материала при изготовлении и его размеры.
Модели с модифицированным профилем применяются для нарезания зубчатых колес с последующим проведением процедуры шевингования и шлифования. Конструкция с модифицированным профилем характеризуется тем, что зуб выполняется с утолщением у вершины. За счет этого существенно уменьшается угол профиля, а остальные параметры инструмента остаются практически неизменными.
Передняя поверхность зубьев червячной фрезы затачивается под различным углом в зависимости от того, какого именно обработка будет проводится. Примером можно назвать черновое и чистовое точение.
В последнее время все чаще применяются модели со вставными гребенками. В продаже встречаются варианты исполнения с модулем от 4 до 30 мм. К конструктивным особенностям подобной червячной фрезы отнесем следующие моменты:
- Основная часть изготавливается при применении легированной стали. За счет добавления определенных химических элементов существенно повышается жаропрочность. При этом основание создается таким образом, чтобы можно было создать определенную рабочую поверхность.
- Гребенки изготавливаются из быстрорежущей стали. Она характеризуется устойчивостью к высокой температуры, а также износоустойчивостью.
- Применение сменных гребенок существенно повышает качество режущей части. При этом производители могут повысить эффективность применения инструмента в несколько раз за счет использования специального сплава.
Можно приобрести и сборные незатылованные червячные фрезы. Этот вариант исполнения характеризуется модулем до 10 мм. Отличительная особенность заключается в увеличенных задних углах, если сравнивать с распространенными моделями. Высокая точность достигается за счет шлифования поверхности на специальном оборудовании
Для существенного повышения скорости обработки можно использовать сборные червяные фрезы с твердосплавными зубьями. В последнее время большое распространение получили твердосплавные пластины, которые могут выдерживать длительную обработку. В этом случае модуль не более 4 мм. Установка сменных элементов проводится в корпусе с отрицательным передним углом, который достигает 15 градусов. Применение подобного варианта исполнения позволяет повысить показатель производительности в 2-3 раза. Чаще всего инструмент устанавливается для нарезания колос с последующим шевингованием.
Виды червячных фрез
Выделяют довольно большое количество различных моделей, классификация проводится по нескольким признакам. В зависимости от типа проводимой обработки выделяют следующие варианты исполнения:
- Черновые. Подобный вариант исполнения применяется для предварительного формирования поверхности, передний угол составляет 5-7 градусов. Ключевой особенностью можно назвать небольшую толщину зубьев. Этот инструмент получил самое широкое распространение в различных областях промышленности, так как применяется при проведении промежуточной операции.
- Чистовые. После проведения черновой обработки полученная деталь зачастую не обладает требуемыми параметрами. Для того чтобы их достигнуть проводится чистовая обработка, которая предусматривает применение определенных червячных фрез.
- Прецизионные. Этот вариант исполнения, при изготовлении которого также учитывается госстандарт, предназначается для нарезания зубьев в турбинных передачах. Отличительной особенностью можно назвать увеличенный диаметр изделия.
- Фреза червячная питчевая относится к категории специальных инструментов, применяется для получения звездочек.
Довольно большое распространение получила фреза червячная модульная, которая бывает однозаходной или многозаходной. Второй вариант исполнения применяется для чистового точения, так как изготавливается при применении жаропрочных материалов.
Все чаще в машиностроительной области встречаются сборные червячные фрезы. Их ключевыми особенностями назовем следующие моменты:
- Основная часть представлена цельным элементом. За счет этого обеспечивается высокая прочностью и длительный эксплуатационный срок.
- Рабочая поверхность получается за счет применения вставных гребенок или путем их крепления методом сварки.
Большинство модульных вариантов исполнения с небольшим диаметром производится в цельном виде. За счет этого существенно повышается их прочность.
Классификация рассматриваемого инструмента проводится и по направлению витков. Встречается фреза червячная шлицевая, для прямобочных изделий требуется специальная державка.
Основным признаком классификации также можно назвать тип применяемого материала при изготовлении изделия. К особенностям применяемых сплавов отнесем следующие моменты:
- Износоустойчивость. Подобное свойство считается основным для всех инструментов, которые применяются для механической обработки. Если показатель низкий, то режущая кромка начинает быстро тупится. В результате этого снижается точность обработки, а также уменьшается эксплуатационный срок.
- Жаропрочность. Процесс резания основан на трении, при котором возникает тепловая энергия. Слишком высокая температура становится причиной повышения пластичности, в результате чего происходит деформация поверхности и ухудшение ее характеристик.
- Высокая твердость поверхности. Именно твердость применяемого материала определяет эффективность червячной фрезы на момент работы.
- Устойчивость к внутренним деформациям. Во время резания силы могут быть распределены самым различным образом. Внутренние деформации, связанные с нагревом и другим воздействием на материал, становятся причиной появления трещин и других дефектов. Если они проявились, то оснастка не может использоваться в дальнейшем.
Современные сплавы существенно расширили возможность фрезеровального оборудования, позволили повысить производительность и качество получаемых изделий. Фреза червячная новикова часто изготавливается при применении инструментальных сталей, которые могут выдержать воздействие высокой температуры и при этом сохранить износостойкость.
Применение червячной фрезы
Сегодня фреза червячная для нарезания зубьев звездочек представлена сложной конструкцией, при применении которой можно получить точное изделие. На протяжении многих лет подобный тип обработки был связан с существенным недостатком – приходилось постоянно проводить заточку. Это связано со следующим:
- Червячные зуборезные фрезы на момент обработки поверхности изнашивались неравномерно. На первичном этапе в процессе резания участвовала только верхняя часть зуба, которая быстро стачивалась и теряла свою форму.
- Для компенсирования быстрого износа и изменения формы зуба приходилось проводить периодическую заточку поверхности. После нескольких циклов фрезы для нарезания зубьев приходили в полную непригодность, что существенно повышало себестоимость изделия.
Решить рассматриваемую проблему смогли за счет модифицирования инструмента, для чего стали использовать сменные гребенки. Их производство сегодня проводится при применении технологий 3D, что позволяет получить изделие с точными размерами.
Встречаются и алмазные варианты исполнения, которые могут работать при более высоких режимах обработки. Алмазная режущая кромка обходится намного дороже, но при этом не нагревается и не теряет свои основные свойства при длительной эксплуатации.
Обработка цилиндрических колес может проводится при применении универсальной фрезы. При этом для ее установки требуется специальная оснастка, которая подходит для конкретного оборудования.
В заключение отметим, что недорогие инструменты могут применяться при резании только при подаче смазывающего вещества. За счет этого существенно снижается степень износа поверхности.
Червячное зубчатое колесо
Зубчатые зацепления могут иметь оси валов в разных плоскостях Ведущая деталь – червяк, не имеет зубьев. Вместо них нарезается резьба с модулем, аналогичным шестерни. Червяк передает вращение на колесо червячное посредством давления поверхности резьбовой нити на эвольвенту зуба при скольжении плоскостей относительно друг друга. У червячного узла маленький КПД и невозможна понижающая передача. Большое сопротивление не позволяет колесу сдвинуть червяк. Это используется в подъемных механизмах и устройствах с точностью перемещения.
Конструкция
Червячная передача получила свое название по ведущей детали, передающей крутящий момент. Ведомая деталь имеет зуб с косой нарезкой. По ободу радиальное занижение поверхности. Это увеличивает линию контакта нити резьбы и зуба.
Оси вращение деталей располагаются под углом. Обычно это 90°, но может быть 45°. Применяется такое расположение деталей в сильно нагруженных тихоходных передачах, со скоростью движения точки на наружной поверхности менее 5 м/сек.
При взаимодействии передачи поверхность резьбы не толкает зубья в направлении вращения, а скользит по эвольвенте, как бы отодвигая ее. В результате возникает сильное трение и нагрев деталей в месте контакта.
Червячная пара должна хорошо смазываться, охлаждаться и обладать антифрикционными свойствами. Материал червяка изменять нельзя, он нарезается из хромистой стали и проходит закалку, шлифовку поверхности резьбы или шугаровку – обработку пластиной с малой глубиной реза. Инструмент скорее продавливает поверхность резьбы, чем режет ее. Создается на верхнем слое наклеп, упрочняющий рабочую поверхность, делающий ее гладкой.
Материал для венца
Венец зубчатого колеса выполняется из относительно мягкого материала с высоким сопротивлением стиранию. В основном применяются оловянные бронзы и латунь. Для низкоскоростных передач с ручным управлением можно делать венец из серого чугуна. В зависимости от скорости вращения зубчатый венец изготавливается из материала:
- 5 – 25 м/сек – оловянистые бронзы ОФ10-1, ОНФ;
- ≤ 5 м/сек – Бр.АЖ9-4, алюминиево-железистая бронза;
- ≤ 2 м/сек – венец может быть из чугуна.
Бронза стоит значительно дороже стали и мягче. Полностью из нее делаются детали, размеры которых в пределах 160 мм. Большие детали вытачиваются из стали и бронзовый на них только венец. Он нагорячо сажается на вал и закрепляется штифтами по линии соединения, чтобы венец не прокручивался. После остывания производится чистовая обработка колеса и нарезается зуб.
Расчет диаметра
Диаметр колеса рассчитывается по средней линии зуба – ширины зуба и впадины равны. Наружный, используемый для изготовления и расчетов радиус, определяется теоретически. После завершения обработки, он находится за пределами фактического обода колеса.
Скольжение происходит по линии делительного диаметра – середина зуба по высоте. Он рассчитывается по формуле:
где d2 — делительный диаметр шестерни; m – модуль; z2 – количество зубьев колеса.
Наружный радиус зуба имеет один центр с осью червяка.
Ширина зубчатого венца
Ширину венца червячного колеса определяют по числу витков винта по формуле:
где b2 – ширина венца; 0,315 и 0,355 – расчетный коэффициент; Z1 – количество заходов винтовой резьбы; a – межцентровое расстояние; aw – расстояние с учетом смещения червяка относительно зубчатого колеса.
Расстояние смещения определяет размер зазора между рабочими элементами деталей.
Расчет передаточного числа червячной передачи
Ведущая деталь, передающая вращение – червяк, не имеет зубьев. На нем нарезается резьба с числом заходов: 1, 2, 4. Червяки с 3 витками ГОСТом не предусмотрены. Их можно рассматривать и рассчитывать только теоретически. При расчете передаточного числа вместо количества зубьев шестерни берется число заходов резьбы.
Рассчитать передаточное число червячной передачи, формула аналогична другим зубчатым зацеплениям:
где U – передаточное число; Z1 – число заходов на червяке; Z2 – количество зубьев на колесе.
Обратная передача крутящего момента от колеса на червячный вал невозможна. Из-за сильного трения зубьев и низкого КПД передачи колесо не может быть ведущим. Это позволяет не делать тормоза в подъемных механизмах. Достаточно регулировать вращение червячного вала.
Расчет передаточного отношения
Величина передаточного отношения червячной передачи рассчитывается по отношению скорости скольжения червяка и вала.
Где V1 – скорость скольжения червяка; V2 – скорость скольжения червячного колеса. Аналогично w1 и w2 угловые скорости; dδ1, dδ2 – диаметры.
Произведя подстановку формул значений скоростей скольжения, и математические сокращения получает формулу передаточного отношения червячной передачи:
Где i – передаточное отношение. В червячном зацеплении оно равно передаточному числу.
Классификация
По направлению витка передачи в большинстве своем бывают правыми. Иногда встречается левое направление нити.
Червячные зацепления классифицируются по форме наружной поверхности червяка:
Вогнутая поверхность ведущей детали увеличивает количество зубьев, находящихся одновременно в зацеплении. В результате возрастает КПД и мощность передачи. Недостаток глобоидных червяков в сложности изготовления. Витки должны быть одинаковой высоты при вогнутой наружной поверхности.
По форме нити резьбы различают червяки:
- архимедов;
- конволютный;
- нелинейный.
Архимедов червяк отличается прямой в сечении эвольвентой. У конволютного конфигурация выпуклая, близкая к форме обычной шестерни. Нелинейные профили имеют выпуклую и вогнутую поверхность.
Зубчатое колесо имеет зуб наклонный обратной конфигурации, по форме совпадающий с впадиной между нитями.
Расположение червяка относительно колеса может быть:
Верхнее оптимально подходит для скоростных передач. Боковое наиболее компактное. При картерном способе смазки – масло находится в поддоне и нижняя деталь, вращаясь, смазывает остальные, удобнее нижнее расположение червяка.
Червячные колеса относятся к косозубым. Оси деталей располагаются обычно под углом 90°. В сильно нагруженных механизмах угол может быть 45°.
Зубчатые колеса по профилю зуба делят:
По типу они могут быть:
- с непрерывным вращением – полные;
- зубчатый сектор.
Сектор может быть разной величины, от половины круга, до рабочей длины короче червяка.
Достоинства и недостатки
Особенностью червячной передачи является наличие тормозящего момента и большой интервал передаточных чисел и крутящего момента. К положительным характеристикам относятся:
- передаточное число в пределах 8–100;
- работает тихо;
- начало вращения и остановка происходят плавно;
- высокая точность перемещений;
- возможность смещения на малую величину;
- компактность узла;
- самотормозящая передача.
Передача движения в паре червяк и червячное колесо возможна только в одном направлении. При попытке ведомой детали провернуться, возникает тормозящий момент. Это используют в приводе поворота и подъемных механизмах.
Основной недостаток в потерях мощности, связанных с большим трением. Это приводит к быстрому износу деталей, особенно колеса. К недостаткам относятся:
- низкий КПД;
- трение;
- сильный нагрев;
- изготовление венца из дорогих материалов;
- частое заедание;
- быстрое изнашивание;
- постоянная регулировка зацепления подтягиванием червяка;
- сложное изготовление.
Червячное зацепление требует высокой точности изготовления винтового зацепления и чистоты обработки. Передача не переносит попадание в рабочую зону пыли и другого мусора. Требует интенсивной смазки и охлаждения.
Применение механизма
Червячный механизм способен при малых габаритах заменить многоступенчатый редуктор. Его передаточное число определяется значением 100, в отдельных узлах может быть значительно больше.
Применение червячной передачи целесообразно в механизмах, требующих высокой точности при небольшой скорости:
- червячные редуктора;
- в подъемниках;
- лифтах;
- лебедках;
- рулевых механизмах;
- точная доводка положения инструмента в станках;
- корректировка в ЧПУ;
- приборах.
В основном используется самоторможение и точность перемещения.
Нарезание червячных колес
При проектировании создается модель червячного колеса. По ней легко определится со способом нарезки:
Торцевой требует инструмента, в точности повторяющего червяк. Дает хорошую точность и чистоту обработки. Фрезу выставлять сложно, необходимо, чтобы в конце обработки она имела положение относительно колеса, в точности соответствующее червяку.
Нарезка зубьев на венце
По наружному диаметру червячное колесо имеет полукруглое углубление. Это позволяет лучше прилегать деталям по эвольвенте и смещать ось, увеличивая площадь контакта. Центр радиуса углубления должен совпадать с осью червяка.
Фрезы для нарезания червячного колеса должны быть с таким же наружным диаметром, как червяк. Внешне она повторяет форму ведущей детали, только вместо непрерывной линии резьбы ряды резцов. Режущая пластина по форме точно повторяет нитку резьбы, но шире нее на размер зазора. В результате конфигурация ответной детали – червячного колеса, точно повторяет формы резьбы, впадины совпадают с выступами нитей.
Фреза выставляется в плоскости оси червяка, касаясь его поверхности. Зубчатый венец вращается вокруг вертикальной оправки или собственного вала, обеспечивая тангенциальную подачу наружной поверхности относительно оси режущего инструмента. Нарезка червячных колес происходит при синхронном движении инструмента и детали, вращающихся вокруг своих осей. Отношение скорости вращения определяется передаточным числом. С каждым оборотом венец придвигается ближе к вращающейся фрезе.
Подача режущего инструмента возможна снизу и сверху. Но в большинстве случаев используют радиальную нарезку, как наиболее удобную и точную.
Ремонтная нарезка
Иногда надо сделать одну деталь, чтобы заменить ее в редукторе. В мастерской не всегда имеется полный набор фрез со всеми нормализованными диаметрами.
Если червячное колесо нарезать фрезой большим диаметром, чем радиус червяка, то прилегание будет хуже, пятно контакта меньше. Линия скольжения сместится к вершине зуба. При нарезке меньшим диаметром с таким же модулем, нагрузка будет на вершину нити резьбы. Погрешность можно компенсировать смещением инструмента и регулировкой расстояния между осями. Но трение и износ все равно будут больше, КПД упадет.
Нарезать червячное колесо фрезой с диаметром больше червяка можно для беззазорного сцепления. В этом случае используется специальная фреза с разными углами профиля для правой и левой стороны. Ось фрезы выворачивается в сторону увеличения наклона зуба. Обычные зубофрезерные станки надо переделывать для обработки беззазорного сцепления.
Из-за отсутствия зазора между рабочими элементами, поверхность быстро стирается и приходится постоянно производить регулировку. Беззазорные сцепления применяются при высокой точности и большой нагрузке с малой активностью пары, например, в прокатных станах для регулировки прижима валков – толщины прокатываемого металла.
Для изготовления одного или нескольких колес с нестандартными размерами может применяться оправка с одним резцом по форме впадины между зубьями. Инструмент вращается постоянно. Колесо вращается синхронно с инструментом. После каждого оборота реза проворачивается на размер модуля зуба и за полный оборот, подвигается к оправке с резцом на глубину реза.
Недостаток способа изготовления венца в длительности процесса. Один резец обрабатывает деталь в несколько раз дольше, чем фреза. Учитывая стирание резца, надо делать черновую и чистовую обработку.
Червячное колесо отличается от других своим внешним видом и способом обработки. Оно делается точно под определенный червяк.
Материалы, применяемые для изготовления фрез, должны обладать следующими свойствами: высокой твердостью, превышающей твердость обрабатываемого материала, высокой износостойкостью и теплостойкостью, высокой механической прочностью. Для изготовле-
ния режущих инструментов и, в частности, фрез применяют углеродистые легированные инструментальные стали, быстрорежущие инструментальные стали, твердые сплавы, минерало-керамику, сверхтвердые материалы, синтетические и естественные алмазы.
Для изготовления режущего инструмента применяют инструментальные углерод-истые стали следующих марок: У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13 (буква У указывает на то, что сталь углеродистая, а цифры показывают среднее содержание углерода в десятых долях процента). Инструментальные стали повышенного качества, имеющие минимальное количество вредных примесей, отмечают буквой А: У10А, У8А и т. д. Углеродистая инструментальная сталь обладает низкими режущими свойствами. Режущие инструменты, изготовленные из такой стали, позволяют вести обработку при температуре в зоне резания до 200—250 °С и при скоростях резания в пределах 10— 15 м/мин.
Легированная инструментальная сталь по химическому составу отличается от углеродистой инструментальной стали лишь наличием одного или нескольких легирующих элементов: хрома, вольфрама, молибдена, ванадия. Чаще всего для изготовления прорезных, фасонных и концевых фрез малых диаметров применяют следующие марки стали: ХГ, ХВ5, 9ХС и ХВГ . Легированная инструментальная сталь обладает более высокими режущими свойствами, чем углеродистая инструментальная сталь (температура в зоне резания 300—350 °С, скорость резания 20— 25 м/мин).
Быстрорежущая инструментальная стальв отличие от углеродистой и легированной инструментальной стали обладает большим сопротивлением износу и большой теплостойкостью. Она обладает красностойкостью, т. е. не теряет своих свойств при температуре красного каления (550—600 °С)
В СССР установлены единые условные обозначения (из букв и цифр) химического состава стали. Первые две цифры показывают среднее содержание углерода, буквами обозначают легированные элементы (В — вольфрам, Ф — ванадий, К — кобальт, М — молибден и т. д.), а цифрами справа от буквы — их среднее содержание (в процентах). Буквой Р обозначают быстрорежущую сталь.
В настоящее время наибольшее применение для изготовления всех видов цежущего инстру-. мента при обработке обычных конструкционных материалов применяются следующие марки стали: Р6М5, Р6МЗ и Р12. В последнее время УкрНИИспецсталь разработал новую марку быстрорежущей стали 11АРЗМЗФ2 с пониженным содержанием вольфрама (1,1% углерода, азот, ванадий, молибден).
Для обработки высокопрочных нержавею-щих сталей и сплавов в условиях повышенного j разогрева режущих кромок, а также для обработки сталей и сплавов повышенной твердости и вязкости при работе с ударами применяют I следующие марки стали: Р18КФ2, Р10К5ФЗ, Р9К5, Р6М5К5, Р12Ф2К8МЗ, Р9М4К8 и др. Эти марки часто применяются также для изготовления зуборезного инструмента.
Например, сплав Т14К8 состоит из 14% карбида титана, 8% кобальта и 78% карбида вольфрама.
Выпускают трехкарбидные твердые сплавы, состоящие из кобальта (связки) и карбидов вольфрама, титана, тантала. Эти сплавы характеризуются высокой прочностью. Твердый сплав марки ТТ7К12 допускает работу в 1,5—2 раза большими подачами на зуб, чем сплав Т5К10. Твердые сплавы выпускаются в виде пластинок стандартных форм и размеров.
Вольфрамо-кобальтовые сплавы применяют для обработки хрупких материалов: чугуна, бронзы, закаленной стали, пластмасс, фарфора и т. п. Твердые сплавы титано-вольфрамовой группы предназначены главным образом для обработки сталей. Сплав ТТ20К9 специально предназначен для фрезерования стали (например, для фрезерования глубоких пазов). Он отличается повышенным сопротивлением тепловым и механическим циклическим нагрузкам. Наиболее прочными сплавами при черновой обработке стали являются сплавы марок ТТ7К12 и Т5К12Б.
С уменьшением размеров зерен карбидов вольфрама износостойкость и твердость сплава увеличиваются. Эту закономерность используют при создании сплавов различного назначения с требуемыми свойствами. Первыми мелкозернистыми сплавами были сплавы марок ВКЗМ и ВК6М. В последнее время разработаны твердые сплавы с особо мелкозернистой (ОМ) структурой — ВК6-ОМ, ВКЮ -ОМ и ВК15-ОМ.
Стойкость твердосплавного инструмента повышается при нанесении на его поверхность изностойких слоев (5—15 мкм) карбидов (титана, ниобия), боридов, нитридов и др.
Минерал о керамическ ие спла-в ы приготовляют на основе окиси алюминия А/203 (корунда) путем тонкого размола, прессования и спекания. Выпускают их, как и твердые сплавы, в виде пластинок стандартных форм и размеров. В настоящее время промышленное применение имеют две марки минеральной керамики: ЦМ-332 и ВЗ. Минеральная керамика марки ВЗ обладает большей (в 1,5—2 раза) прочностью по сравнению с керамикой марки ЦМ-332. В состав керамики марки ВЗ помимо окиси алюминия входят сложные карбиды тугоплавких металлов.
Минералокерамические пластинки обладают большей теплостойкостью и износостойкостью, чем некоторые твердые сплавы. Однако они имеют пониженную по сравнению с твердыми сплавами прочность и повышенную хрупкость. Минералокерамика находит применение при чистовом и тонком фрезеровании торцовыми фрезами (головками) с неперетачиваемыми пластинками.
Сверхтвердые материалы ( СТМ ) являются поликристаллическим образованием на основе кубического нитрида бора. В эту группу входят композит 01 (эльбор-Р), композит 05 и композит 10 (гексанит-Р), ПТНБ (поликристалл твердого нитрида бора), «зубр», «бел-бор» и др.
Сверхтвердые материалы значительно превосходят минеральную керамику и твердые сплавы по термоусталостной прочности. Эль-бор-Р, гексанит-Р, ПТНБ и др. применяют для оснащения резцов, фрез, а также при изготовлении абразивного инструмента для заточки металлического (лезвийного) инструмента.
Сверхтвердые материалы для металлического инструмента выпускаются в виде цилиндрических вставок диаметром от 4 до 8 мм и длиной от 4 до 8 мм.
Сверхтвердые материалы на основе нитрида бора химически инертны к черным металлам, а материалы на основе углерода (алмазы) к ним химически активны. Это различие и определяет область их применения: сверхтвердые материалы применяются для обработки сталей, чугу-нов, ряда труднообрабатываемых сплавов; поликристаллические алмазы — для обработки цветных металлов, титановых сплавов, стеклопластиков и др. Для обработки сверхтвердых материалов можно применять только алмазы, которые превосходят их по твердости.
Синтетические алмазы (типа «карбонадо» и «баллас») выпускаются в виде порошков и кристаллов. Из синтетических
алмазных порошков изготовляют алмазно-абразивные инструменты. Круги из синтетических алмазов успешно применяются при заточке и доводке твердосплавных режущих инструментов (в том числе и фрез), а также для шлифования и доводки драгоценных камней, в том числе и самого алмаза. Алмазные резцы и фрезы применяют в основном в качестве чистового (отделочного) инструмента при резании цветных металлов, сплавов и неметаллических материалов.
Сталь для червячных фрез
ГОСТ 9324-2015
(ISO 2490:2007, ISO 4468:2009)
ФРЕЗЫ ЧЕРВЯЧНЫЕ ЦЕЛЬНЫЕ ЧИСТОВЫЕ ДЛЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС С ЭВОЛЬВЕНТНЫМ ПРОФИЛЕМ
Finishing solid hobs for cylindrical involute gears. Specifications
Дата введения 2017-01-01
Предисловие
Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "ВНИИИНСТРУМЕНТ" (ОАО "ВНИИИНСТРУМЕНТ") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5
2 ВНЕСЕН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 95 "Инструмент"
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 29 сентября 2015 г. N 80-П)
За принятие проголосовали:
Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Минэкономики Республики Армения
Госстандарт Республики Беларусь
Госстандарт Республики Казахстан
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 июня 2016 г. N 564-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 9324-2015 (ISO 2490:2007, ISO 4468:2009) введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2017 г.
5 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к следующим международным стандартам:
- ISO 2490:2007* "Фрезы червячные зуборезные цельные модулей от 0,5 до 40 мм с осевыми или торцовыми шпоночными пазами. Номинальные размеры" ("Solid (monoblock) gear hobs with tenon drive or axial keyway, 0,5 to 40 module - Nominal dimensions", MOD);
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.
- ISO 4468:2009 "Фрезы червячные зуборезные. Требования к точности" ("Gear hobs - Accuracy requirements", MOD).
При этом потребности национальных экономик стран, указанных выше, и особенности межгосударственной стандартизации учтены в дополнительных разделах, пунктах, которые выделены путем заключения в рамки из тонких линий или выделены полужирным курсивом*, а информация с объяснением причин включения этих положений приведена в дополнительном приложении ДВ.
* В оригинале обозначения и номера стандартов и нормативных документов приводятся обычным шрифтом. - Примечание изготовителя базы данных.
Объединение указанных стандартов в настоящем стандарте обусловлено тем, что допуски и предельные отклонения проверяемых параметров по стандарту ISO 4468:2009 относятся к размерам, приведенным в стандарте ISO 2490:2007.
Международные стандарты разработаны Техническим комитетом по стандартизации ISO/ТС 29 "Инструмент", подкомитетом SC 2 "Высокоскоростные режущие стальные инструменты и приспособления к ним" Международной организации по стандартизации (ISO).
Сведения о соответствии ссылочных межгосударственных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в применяемых международных стандартах, приведены в дополнительном приложении ДА.
Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой применяемых в нем международных стандартов приведено в дополнительном приложении ДБ
7 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Июль 2020 г.
Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.
В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге "Межгосударственные стандарты"
ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 11, 2020 год
Поправка внесена изготовителем базы данных
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на фрезы червячные цельные чистовые одно- и многозаходные модулей от 0,5 до 40 мм.
Фрезы предназначены для обработки цилиндрических зубчатых колес с эвольвентным профилем с исходным контуром по ГОСТ 9587 и ГОСТ 13755.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:
ГОСТ 8.051 Государственная система обеспечения единства измерений. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм
ГОСТ 1050 Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия
ГОСТ 2789 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики
ГОСТ 9378 (ИСО 2632-1-85, ИСО 2632-2-85) Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Общие технические условия
ГОСТ 9472 (ИСО 240-75) Крепление инструментов на оправках. Типы и размеры
ГОСТ 9587 Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые мелкомодульные. Исходный контур
ГОСТ 9847 Приборы оптические для измерения параметров шероховатости поверхности. Типы и основные параметры
ГОСТ 13755 (ISO 53:1998) Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные. Исходный контур
ГОСТ 18088 Инструмент металлорежущий, алмазный, дереворежущий, слесарно-монтажный и вспомогательный. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение
ГОСТ 19265 Прутки и полосы из быстрорежущей стали. Технические условия
ГОСТ 19300 Средства измерения шероховатости поверхности профильным методом. Профилографы-профилометры контактные. Типы и основные параметры
ГОСТ 20799 Масла индустриальные. Технические условия
ГОСТ 23726 Инструмент металлорежущий и дереворежущий. Приемка
ГОСТ 25706 Лупы. Типы, основные параметры. Общие технические требования
3 Технические требования
3.1 Типы и основные размеры
3.1.1 Фрезы следует изготовлять двух типов:
1 - с осевым шпоночным пазом;
2 - с торцовым шпоночным пазом.
3.1.2 Фрезы следует изготовлять двух исполнений:
1 - уменьшенных габаритов (для модулей от 0,5 до 2 мм включительно);
2 - нормальных габаритов (для модулей от 1 до 40 мм включительно).
3.1.3 Фрезы изготовляются классов точности: 4А, 3А, 2А, А, В, С и D.
3.1.4 Основные параметры фрез должны соответствовать указанным на рисунке 1 и в таблицах 1 и 2.
Читайте также: