RU2518213C2

RU2518213C2 - Production of spur gears

Info

Publication number: RU2518213C2
Application number: RU2012130443/02A
Authority: RU
Inventors: Петр Николаевич Учаев; Михаил Владимирович Райник
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2014-06-10
Also published as: RU2012130443A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to machine building and instrument making and can be used in production of cylindrical involute gears with inner and outer rims. Proposed method consists in cutting the gear rim by laser beam at NC machine tool at positioning of said beam in X and Y axes in path set by control program. Note here that the blank is pre-tempered and cooled while it is laser-quenched at cutting the rim.

EFFECT: higher efficiency of cutting and hardness of gears.

1 dwg, 2 ex

Description

Изобретение может быть использовано при изготовлении цилиндрических эвольвентных зубчатых колес с наружными и внутренними зубчатыми венцами. Для формообразования боковых поверхностей зубьев от управляющей программы в устройстве ЧПУ лазерного станка задают траекторию координатных перемещений луча. Для повышения нагрузочной способности зубчатого колеса заготовка перед нарезанием зубчатого венца может быть термически упрочнена и охлаждена непосредственным перед нарезанием.The invention can be used in the manufacture of cylindrical involute gears with outer and inner gears. For shaping the lateral surfaces of the teeth from the control program in the CNC device of the laser machine, the path of the coordinate movements of the beam is set. To increase the load capacity of the gear wheel, the workpiece can be thermally hardened and cooled immediately before cutting before cutting the ring gear.

Изобретение относится к области машино- и приборостроения, в частности к лазерному раскрою материалов, и может быть использовано при изготовлении цилиндрических эвольвентных зубчатых колес с наружными и внутренними зубчатыми венцами.The invention relates to the field of machine and instrument engineering, in particular to laser cutting of materials, and can be used in the manufacture of cylindrical involute gears with external and internal gear rims.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению, по совокупности признаков известных из уровня техники, является способ изготовления зубчатых колес лучевым инструментом, в котором зубчатый венец цилиндрического эвольвентного зубчатого колеса формируется лазерным лучом, за счет его возвратно-поступательного движения по прямой, касательной к основной окружности нарезаемого колеса, заготовка - вращательное движение в направлении движения луча (SU 1764873A1, B23F 17/00, 30.09.1992), принятый за прототип.The closest method of the same purpose to the claimed invention, according to the totality of features known from the prior art, is a method of manufacturing gears with a radiation tool, in which the gear ring of a cylindrical involute gear wheel is formed by a laser beam, due to its reciprocating motion in a straight line tangent to the main circle of the cut wheel, the workpiece is rotational motion in the direction of the beam (SU 1764873A1, B23F 17/00, 09/30/1992), adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе при обработке эвольвентного профиля не производится поверхностная закалка.For reasons that impede the achievement of the following technical result when using the known method adopted for the prototype, is that in the known method when processing the involute profile does not produce surface hardening.

Сущность изобретения заключается в решении задачи по разработке такого способа обработки зубчатых колес, при котором происходит поверхностная закалка рабочей поверхности зуба.The essence of the invention is to solve the problem of developing such a method of processing gears, in which surface hardening of the working surface of the tooth occurs.

Технический результат - повышение производительности, уменьшение себестоимости изготовления и увеличение нагрузочной способности зубчатых колес.The technical result is an increase in productivity, reducing the cost of manufacturing and increasing the load capacity of gears.

Указанный технический результат достигается тем, что при нарезании зубчатого венца на станке для лазерной резки металлов за счет сфокусированного лазерного луча, обеспечивающего высокую концентрацию энергии и позволяющего разрезать практически любые материалы независимо от их теплофизических свойств. В процессе резки, под воздействием лазерного луча материал разрезаемого участка плавится и выдувается струей газа. Лазерная резка отличается отсутствием механического воздействия на обрабатываемый материал, возникают минимальные деформации, как временные в процессе резки, так и остаточные после полного остывания. Вследствие этого лазерную резку можно осуществлять с высокой степенью точности и применять для обработки венцов зубчатых колес. Нарезание зубьев зубчатого колеса (фиг.1) производится координатным перемещением лазерного луча (1) в осях Х и Y по траектории (2), задаваемой от управляющей программы, при этом происходит поверхностная закалка (термическое упрочнение лазерным лучом), основанная на локальном нагреве участка поверхности под действием излучения и последующем охлаждении этого поверхностного участка со сверхкритической скоростью в результате теплоотвода теплоты во внутренние слои металлов.The specified technical result is achieved by the fact that when cutting the gear on the machine for laser cutting of metals due to the focused laser beam, which provides a high concentration of energy and allows you to cut almost any material, regardless of their thermophysical properties. During the cutting process, under the influence of a laser beam, the material of the section being cut melts and is blown out by a gas stream. Laser cutting is characterized by the absence of mechanical impact on the material being processed, minimal deformations arise, both temporary during the cutting process, and residual after complete cooling. As a result, laser cutting can be carried out with a high degree of accuracy and can be used for machining gear rims. The cutting of the gear teeth (Fig. 1) is carried out by the coordinate displacement of the laser beam (1) in the X and Y axes along the path (2) specified from the control program, and surface hardening (thermal hardening by laser beam) occurs, based on local heating of the area surface under the influence of radiation and the subsequent cooling of this surface area at a supercritical speed as a result of heat removal of heat into the inner layers of metals.

Пример 1.Example 1

Экспериментальные исследования проводились на стальной заготовке (сталь 40Х ГОСТ 4543-71) толщиной 5 мм, предварительно закаленной до 40 HRC. После нарезания зубчатого винца на станке для лазерной резки металла рабочая поверхность закалилась до 60 HRC, при этом толщина слоя поверхностной закалки составляла 0,25 мм. Следовательно, изготовление зубчатых венцов на станке для лазерной резки металла позволяет повысить нагрузочную способность зубчатой передачи, не применяя традиционную поверхностную закалку.Experimental studies were carried out on a steel billet (steel 40X GOST 4543-71) with a thickness of 5 mm, previously hardened to 40 HRC. After cutting the gear screw on a laser metal cutting machine, the working surface was hardened to 60 HRC, while the thickness of the surface hardening layer was 0.25 mm. Therefore, the manufacture of gears on a machine for laser cutting of metal allows you to increase the load capacity of the gear transmission without the use of traditional surface hardening.

Пример 2.Example 2

Экспериментальные исследования проводились на той же заготовке, что и в примере 1, но при этом перед нарезанием зубчатого колеса заготовка была охлаждена в термокамере при температуре минус 60°С с образованием ледяной глазури на поверхности заготовки. После нарезания зубчатого венца на станке для лазерной резки металла рабочая поверхность закалилась до 62 HRC, при этом толщина слоя поверхностной закалки составляла 0,3 мм. Следовательно, охлаждение заготовки перед нарезанием зубчатого венца позволяет увеличить толщину слоя поверхностной закалки, тем самым повысить нагрузочную способность по сравнению с лазерной резкой без предварительного охлаждения.Experimental studies were carried out on the same billet as in Example 1, but in this case, before cutting the gear, the billet was cooled in a heat chamber at a temperature of minus 60 ° С with the formation of ice glaze on the surface of the billet. After cutting the gear ring on a laser metal cutting machine, the working surface was hardened to 62 HRC, while the thickness of the surface hardening layer was 0.3 mm. Therefore, cooling the workpiece before cutting the ring gear allows you to increase the thickness of the surface hardening layer, thereby increasing the load capacity compared to laser cutting without preliminary cooling.

Claims

A method of manufacturing a spur cylindrical gear wheel, comprising cutting a gear wheel on a workpiece by means of a laser beam on a CNC machine and performing coordinate movements of the laser beam in the X and Y axes along a path defined by the control program, characterized in that the wheel blank is pre-tempered and cool, and when cutting the ring gear carry out its laser hardening.