Накатка

Зубчатые колеса. В практике установилось два различных технологических процесса накатки зубчатых колес: 1) для колес с модулем до 4 мм, 2) для колес с модулем 5 мм и выше.

Звездочки. Технологический процесс накатки звездочек подобен предыдущему. Разница заключается лишь в том, что заготовки обрабатывают по посадочному отверстию для посадки их на оправку и зубья звездочек прокатывают начисто без припуска на механическую обработку.

Винтовые резьбы. Накатка винтовых резьб производится на двухвалковом или трехвалковом стане с валками, имеющими негативную нарезку по отношению к изделию.

• Станы для накатки

Технико-экономические показатели процесса

Накатка шестерен, звездочек и крупных резьб имеет преимущества по сравнению с механической обработкой.

1. Трудоемкость изготовления зубчатого венца и винтовой резьбы сокращается в несколько раз.
2. Экономится большое количество металла - 15-30%  (табл. 42).
3. Прочность накатанных зубьев выше, чем фрезерованных: на усталостную прочность поверхности - на 15-20%, на усталость при изгибе - на 20-40%.
   Это объясняется тем. что зубья накатанных изделий имеют более мелкозернистую структуру и волокна металла не перерезаются, а располагаются вдоль профиля.
4. Стоимость прокатанных валков ниже стоимости зуборезных фрез и стойкость их  выше последних.

Таблица 42. Экономим металла при накатке зубьев шестерен

Определение основных параметров процесса

При проектировании процесса накатки необходимо определить: 1) размеры заготовки. 2) размеры накатных валков. 3) скорость вращения валков, 4) величину подачи валков 5) усилие на валках 6) крутящий момент на валках.

Размеры заготовки под накатку назначают исходя из того соображения, чтобы объем металла, вытесняемого из впадин, был равен объему металла, находящегося в вершинах зубьев.

Диаметр заготовки определяется по формуле:

для зубчатых колес: d_з= d_ср + 0,4т;

для звездочек: d_з = d_в- ⅓h.

Ширина обода заготовки b= b₀-1÷3 мм

Здесь d_ср — средний диаметр про катываемой шестерни между окружностью вершин и окружностью впадин: т — модуль прокатываемой шестерни; d_в — диаметр шестерни или звездочки по вершинам зубьев; h — высота зуба: b₀ — ширина обода шестерни или звездочки.

Диаметр и ширину обода штампованной заготовки под обкатку находят исходя из равенства объемов металла в ободе обкатанной и штампованной заготовок.

Валки для обкатывания заготовок выполняют с гладкой выпуклой бочкой с двумя ребордами. Диаметр бочки приблизительно равен наружному дна метру накатного валка, стрелка выпуклости 1-3 мм; окончательно ее величину устанавливают при накатке.

Валки для накатки шестерен пред ставляют собой зубчатые колеса с модулем, равным модулю накатываемых колес, с корригированным зацеплением и двумя ребордами.

Диаметр валков по вершинам зубьев определяют из условия правильного деления заготовки на заданное число зубьев:

d_з — диаметр заготовки; z_в, и z_з — число зубьев валка и накатываемой шестерни.

Коэффициент коррекции зацепления валков определяют по найденному диаметру по вершинам, числу зубьев валков и модулю.

Валки для накатки звездочек имеют зубья, сопряженные с зубьями звездочки. Нарезают их долбяком, представляющим собой копию накатываемой звездочки.

Условие правильного деления зато говки сохраняет силу и для данного случая.

Валки для накатки винтов выполняют с нарезкой, сопряженной с нарезкой изделия. Диаметр валков делают равным примерно двум диаметрам наибольшего накатываемого изделия.

Скорость вращения валков и величина их подачи. Соблюдение необходн мой скорости вращения валков имеет большое значение. Практически скорость накатки для зубчатых колес 0,3-0,5 м/сек, для звездочек 0,5-1,5 м/сек, для винтов при холодной накатке 0.1-0,25 м/сек, при горячей накатке 0.3-0,9 м/сек; скорость подачи валков для накатки зубчатых колес с радиальной подачей вначале 0,7-1.5 мм и в конце 0.15-0.3 мм на 0,5 оборота заготовки; для накатки зубчатых колес с осевой подачей заготовки 2-10 мм/сек; для накатки звездочек 0.5-0.7 мм на 0,5 оборота заготовки; для холодной накатки винтов — осевая подача заготовки в валки 7-9 мм, для горячей - 12-15 мм в секунду.

Усилие и крутящий момент на валках. При прокатке зубчатых колес и звездочек действует сила N от давления металла на валок (рис. 71) и перпендикулярная к ней тангенциальная сила Т. Равнодействующая этих сил Р проходит через центр заготовки. Рис. 71. Схема действия сил при накатке шестерни: 1 - валик; 2 - заготовка; 3 - валок Сила N = Fpср, где F — площадь соприкосновения валка с заготовкой; рср — среднее давление металла на валок при деформации. Согласно схеме действия сил на заготовку

Ввиду малости угла практически не будет ошибки, если принять Р = N;

тогда Р = Fp_ср.

Действующий на валок крутящий момент  М = РН.

Плечо

D₂ — диаметр делительной окружности зубчатого колеса; D_1е/D₂ - приблизительно равно передаточному числу i.

Момент     М = PL (1 + i)

Контактная площадь F достигает наибольшей величины в конце прокатки. В это время контактная площадь состоит из нескольких участков.

Посредством вычисления на основании геометрических соображений и усреднения полученных результатов графическим способом выведены следующие формулы для расчета контактной площади и плеча приложения равнодействующей силы:

F=Sb; Р=Fp_ср=Sbp_ср,

где S=3т+3,6∆h/т·0,01(z₁+z₂-50) т; b - ширина обода колеса; Δh — обжатие на 0,5 оборота заготовки;

М = PL (1 + L),

Среднее давление

р_ср = 4,8σ_в;

σ_в — предел прочности материала шестерни при температуре накатывания.

В табл. 43 дано среднее давление для некоторых сталей.

С учетом трения в ребордах валков усилие и момент на валках могут быть найдены по следующим формулам:

Р₀ = Sр_ср (b + 0,5т);
М₀ = P₀L (1 + i).

Таблица 43. Значение рср в зависимости от температуры и предела прочности стали