Зубчасті колеса є одними із найбільш масових і використовуваних деталей в сучасному машинобудуванні. Існуючі технології виготовлення зубчастих коліс мають свої недоліки, а особливо фінішні операції, призводять до виходу із ладу зубчастих передач з різних причин, а саме: передчасне зношування, заїдання, залишкових деформацій, контактної втоми, тріщин та руйнування зубів в зубчастих колесах.

Існуючі методи, маючи свої недоліки, також являються досить затратними способами для фінішного оброблення зубчастих коліс. Магнітно-абразивна обробка (МАО) є ефективним і потенційно менш затратним способом, який дозволяє забезпечити комплексно і обробку і зміцнення при поверхневого шару матеріалу. Його впровадження для фінішної обробки зубчастих коліс гальмується недостатнім вивченням процесу обробки, зокрема його кінематики, відсутність ефективних схем обробки, відповідного обладнання та рекомендацій з його проектування, тому дослідження направлене на створення фінішного методу магнітно-абразивної обробки для оброблення зубчастих коліс.

Експериментальні дослідження МАО зубчастого колеса проводили на циліндричному зубчастому зубчатому колесі по ГОСТ 6512 – 7. Основні розміри циліндричного зубчастого колеса наступні: модуль, m = 6 мм, кількість зубів, z = 26, діаметр вимірювального ролика, D = 10,353 мм, повна висота зуба, h = 13,74 мм, висота головки зуба, = 6,24 мм, ∆V*, роб = 25 18, ширина вінця, b = 30 мм, ширина маточини, L = 38 мм.

Циліндричне зубчасте колесо, яке використовувалось в лабораторних дослідженнях виготовлене з сталі марки ШХ15 по ГОСТ 801 – 78. Твердість на торці зуба складає 59…62  [1].

Для оброблення зубчастого колеса був створений дисковий інструмент для обробки МАО, який має форму диска з ексцентричною віссю та отворами для встановлення неодимових магнітів, кількість отворів повинна бути кратною тому що всі неодимові магніти встановлюються в дисковий інструмент з різною полярністю по черзі, тобто спочатку встановлюємо позитивним полюсом до гори, то наступний неодимовий магніт вставляється негативним полюсом до гори і таким чином всі неодимові магніти потрібно встановлювати в шаховому порядку. Корпус дискового інструмента складається з диска в якому прорізані отвори для неодимових магнітів та проточених канавок для утримання МАП.

Ексцентрична вісь інструмента слугує для того, щоб інструмент міг робити перехід при обробці МАО на наступний зуб циліндричного зубчастого колеса.

МАО циліндричного зубчастого колеса методом безперервного обкату виконували на зубофрезерному верстаті мод.5А312. Режими оброблення: оберти шпинделя складали 500 об/хв, а подача складала 0,5 мм/об, в якості МАІ використовували Феромап 400/315 [2,3,4,5].

Результатом досліджень стала виміряна шорсткість поверхні зуба циліндричного зубчастого колеса після МАО по 10 тичкам з кожної сторони зуба зубчастого колеса, результати виміряної шорсткості наступні:

До МАО:

- ліва сторона зуба зубчастого колеса: 1 – Ra 0,055; 2 – Ra 0,048; 3 – Ra 0,046; 4 – Ra 0,073; 5 – Ra 0,043; 6 – Ra 0,038; 7 – Ra 0,059; 8 – Ra 0,049; 9 – Ra 0,058; 10 – Ra 0,038; Середнє значення складає Ra 0,051; абсолютна похибка 95% – 0,008; відносна похибка, % - 15,241.

- права сторона зуба зубчастого колеса: 1 – Ra 0,025; 2 – Ra 0,023; 3 – Ra 0,036; 4 – Ra 0,034; 5 – Ra 0,023; 6 – Ra 0,030; 7 – Ra 0,027; 8 – Ra 0,029; 9 – Ra 0,029; 10 – Ra 0,141; Середнє значення складає Ra 0,030; абсолютна похибка 95% – 0,004; відносна похибка, % - 13,133.

Після МАО:

- ліва сторона зуба зубчастого колеса: 1 – Ra 0,088; 2 – Ra 0,119; 3 – Ra 0,161; 4 – Ra 0,139; 5 – Ra 0,068; 6 – Ra 0,074; 7 – Ra 0,067; 8 – Ra 0,103; 9 – Ra 0,171; 10 – Ra 0,141; Середнє значення складає Ra 0,1 13; абсолютна похибка 95% – 0,028; відносна похибка, % - 24,519.

- права сторона зуба зубчастого колеса: 1 – Ra 0,051; 2 – Ra 0,025; 3 – Ra 0,037; 4 – Ra 0,031; 5 – Ra 0,048; 6 – Ra 0,031; 7 – Ra 0,042; 8 – Ra 0,053; 9 – Ra 0,039; 10 – Ra 0,024; Середнє значення складає Ra 0,038; абсолютна похибка 95% – 0,007; відносна похибка, % - 19,523.

За результатами вимірювань шорсткості поверхні обробленого зубчастого колеса, пояснити збільшення шорсткості поверхні деталі можна наступним що величина та тип абразивного порошку не відповідав початкової шорсткості деталі, а саме початкова Ra=0.05 та 0,03 відповідно це потребує подальших досліджень у цьому напрямку – технологічних параметрів процесу: розмір порошку та його форму і режимів обробки.

Проте отримані результати дають змогу говорити, що за результатами експерименту показано можливість обробки такого типу деталей за запропонованою схемою. Також нерівномірність отриманої шорсткості на лівій та правій стороні зуба можна пояснити наступним чином, нерівномірність обробки пов’язана з тим, що при МАО існують зони натікання і стікання.

Що при взаємному обертанні колеса та інструменту формується дві зони обробки зона набігання на порошок де інтенсивність зйому матеріалу буде більшою ніж в зоні стікання порошу де ця інтенсивність буде меншою і відповідно отримуємо різницю у виміряних жорсткостях на цих поверхнях зуба колеса. Щоб усунути цей недолік пропонується вести обробку зубчастих коліс у два цикла при прямому обертанні шпинделя інструменту і при зворотньому, це легко реалізується на зубофрезерних верстатах шляхом зміни напрямку обертання шпинделя головного руху [2,3,4,5].

Висновки. Основними недоліками найчастіше всього становляться похибка профілю отриманого після обробки зуба зубчастого колеса, швидке зношення оброблюючого інструмента, невисока швидкість обробки, а найголовніше це потрібність в спеціальному обладнані.

Тому було розроблено та виготовлено новий інструмент для МАО фінішної обробки зубів зубчастих коліс методом безперервного обкату. Виготовлений інструмент є досить універсальним, простим у використанні та за його конструкцією і може використовуватись на різних верстатах.

Практично було доведено, що дисковий інструмент для фінішної обробки зубів зубчастих коліс є роботоздатним, це можна побачити за зміною виміряної шорсткості поверхні зубів зубчастого колеса, яке було оброблене цим інструментом.