Абразивные инструменты (шлифовальные шевера) на органических связках

В машиностроении для окончательной обработки профилей термообработанных цилиндрических колес из легированных конструкционных сталей твердостью НЯС_Э = 50−68 используют шлифовальные шевера.

Шлифовальный шевер представляет собой зубчатое колесо, зубчатый венец которого изготовлен из абразивного зерна на органических связующих с применением ряда промышленных полимеров, а ступица — из стали или алюминиевого сплава (рис. 9.3).

Операция зубохонингования осуществляется на специальных зубохонинговальных станках. Шевер, установленный на шпинделе станка, вводится в зацепление с обрабатываемым колесом, которое установлено в центре на столе станка. Непосредственно обработка осуществляется при скрещивающихся осях шевера и колеса под углом I и при продольной подаче шевера относительно детали и реверсирования вращения шевера (рис. 9.4) |476|.

Рис. 9.3. Шлифовальный шевер.

Наибольшее распространение шеверы получили при обработке зубчатых колес седьмой-девятой степеней точности по ГОСТ 1643–81. После зубохонингования за цикл обработки (30−60 с) достигаются следующие результаты: снятие слоя металла по толщине зубьев составляет 0,01−0,03 мм, а забоин и заусенцев — до 0,3 мм;

Рис. 9.4. Схема операции обработки зубчатого колеса шлифовальным шевером.

снижение шероховатости на одиндва класса (до седьмого-восьмого класса чистоты);

уменьшение шума в парном зацеплении колес достигает 2−4 дБ;

образование на поверхности зубьев сетки следов, благоприятной для условий гидродинамической смазки;

в поверхностном слое зубьев колес не происходит нежелательных структурных изменений.

Применение шеверов способствует увеличению нагрузочной способности колес на 15−20% и повышает долговечность в 1,5—2,5 раза.

Основные факторы, влияющие на показатели эффективности зубохонингования — физико-механические свойства материалов, из которых изготовлены шевера, их геометрические параметры и точность, а также условия их эксплуатации.

Физико-механические показатели композиционного материала шлифовальных шеверов во многом определяют их работоспособность и зависят от технологических методов их изготовления шеверов, вида и зернистости режущего шлифовального материала, вида связки.

Изготовление зубохонинговального инструмента за рубежом и в нашей стране в последнее время производится с использованием метода литья. В качестве связующих абразивно-полимерных композиций за рубежом чаще всего применяются эпоксидные смолы, их смеси с полиамидом, полиуретан и его смеси с эпоксидной смолой в различных соотношениях.

В нашей стране шеверы изготавливаются из абразивно-эпоксидной композиции методами литья под давлением равном 3—5 МПа [477, 478| и свободного литья [479, 480|. Последний вариант наиболее простой, экономичный, не требует применения сложной оснастки и является наиболее распространенным при промышленном производстве шеверов.

Общая технологическая схема изготовления шеверов методом литья в формы приведена на рис. 9.5. Внутренняя сложнопрофильная поверхность формы изготавливается с использованием металлической копии шеверов (мастер-шеверов). В металлическую форму устанавливается мастер-шевер, центрирование осуществляется по посадочному отверстию.

Рис. 9.5. Технологическая схема изготовления шлифовальных шеверов методом литья.

Между зубьями мастер-шевера и стенками формы заливается специальная твердеющая композиция, после полимеризации которой в форму вместо мастер-шевера устанавливается металлическая ступица и в свободное пространство заливается состав по рецептуре материала шевера. Предварительное отверждение абразивно-эпоксидной композиции производится при комнатной температуре в течение 3—5 ч, а затем нагреванием до 80—100 °С с выдержкой 5−6 ч.

В качестве основы связки материала шеверов используются эпоксидные смолы марок ЭД-20, ЭД-16, «Эпокси-1200», имеющие хорошие прочностные и адгезионные свойства, сравнительно невысокую усадку [481, 482]. Для пластифицирования смол применяется дибутилфталат или алифатическая эпоксидная смола ДЭГ-1 [483], а также растворители, например ацетон [479−484]. Известны варианты рецептур с пластифицированием композиции каучуками СКН-26 или тиоколом [485|. Основным отвердителем композиций на эпоксидной основе является полиэтилснполиамин (ПЭПА), реже используются другие отвердители аминного типа или ангидриды кислот (например, малеиновый ангидрид).

Другой полимерной основой материала шеверов являются самотвердеющие акриловые пластмассы, например, марки АСТ-Т [486—4881. Их достоинства — невысокая стоимость, быстрота отверждения при комнатной температуре, отсутствие необходимости в термообработке, а недостатки — большая усадка и дефицитность.

Кроме шеверов на жесткой связке (эпоксидная, акриловая) с модулем упругости Е = 3000−6000 МПа разработаны акрилополиуретановые связки с Е = 1100−1200 МПа [489, 490]. Повышенную упругость материалу шеверов придает полиуретан СКУ-ПФ [491, 492].

Ненаполненные полиуретаны имеют высокую прочность (а = 40,0—.

60,0 МПа), сохраняют эластичность по отскоку в пределах 30−40% в широком диапазоне твердости, а по износостойкости превосходят все известные эластомеры. Технологическая схема изготовления зубчатых шеверов на основе полиуретана СКУ-ПФЛ представлена на рис. 9.6.

Рецептура для изготовления зубчатых шеверов на основе полиуретана СКПФЛ: на 100 вес. ч. шлифзерна — 45—50 вес. ч. связки (в зависимости от крупности абразивных материалов) и 10−20 вес. ч. наполнителя, в качестве которого используются шлифпорошки (для улучшения режущих свойств зубчатых шеверов) или графит (для снижения шероховатости обработанных поверхностей).

Зубчатые шеверы на полиуретановой основе по сравнению с эпоксидными при одинаковых режимах обработки обладают повышенной на 15—20% износостойкостью и меньшей шероховатостью обработанной поверхности и практически не оказывают влияния на точность геометрических параметров зубчатых колес [493]. Однако полиуретан дефицитени дорог, поэтому такие шеверы отечественной промышленностью не выпускаются.

Авторами |494| разработана композиция, в которой в качестве заменителя полиуретана применяется олигоэфирциклокарбонат (лакролат), а жесткой составляющей служит эпоксидная смола. При отверждении композиции образуется полиоксигидроксиуретан, имеющий лучшую стабильность свойств во времени, термоокислительную стойкость, хорошие литейные свойства. В зависимости от соотношения в связке лакролата и эпоксидной смолы, содержания в лакролате эпоксидных групп и от времени выдержки при оптимальной конечной температуре термообработки можно получать инструмент различной степени упругости — от жесткого до эластичного (Е = 3300— 100 МПа).

Авторами [479] разработана технология изготовления абразивных червяков на эпоксидной связке для образования фасок и снятия заусенцев по контуру цилиндрических зубчатых колес. Обработка абразивным червяком производится при взаимном согласованном вращении сцепленных друг с другом обрабатываемого зубчатого колеса и абразивного червяка. Время операции 6— 12 с, вспомогательное время на установку 5 с.

Рис. 9.6. Технологическая схема изготовления зубчатых шеверов на основе полиуретана СКУ-ПФЛ.

Использование для изготовления червяков абразивной литьевой смеси на основе эпоксидной смолы позволило отливать абразивные червяки заданной конфигурации (рис. 9.7) без дополнительной их механической обработки. В отличие от абразивных шеверов абразивные червяки на основе эпоксидной смолы ЭД-5 отливают в металлические разборные формы, позволяющие легко извлечь готовое изделие после отвердения.

Рис. 9.7. Абразивный червяк на эпоксидной связке.

Эксплуатация абразивных червяков на основе эпоксидной смолы показало, что лучшие результаты достигаются при применении монокорунда или нормального электрокорунда зернистостью 12−16.

Шеверы шлифовальные, изготовленные с применением различных шлифовальных материалов, обеспечивают примерно одинаковые режущие свойства, а из монокорунда и электрокорунда белого — несколько выше (494—496].