1. ISTCIPA
  2. Всі випуски
  3. Випуск 58, 2024
  4. Дослідження температури інструмента під час нарізання внутрішніх зубчастих коліс методом Power skiving

Дослідження температури інструмента під час нарізання внутрішніх зубчастих коліс методом Power skiving

ISTCIPA.
2024;
Випуск 58, Номер
: cc. 47 - 58
https://doi.org/10.23939/istcipa2024.58.047
Автори:
  1. Андрій Сліпчук
1
Національний університет «Львівська політехніка»

Постановка проблеми та мета роботи. Одним з основним факторів, які визначають інтенсивність зношування різального інструменту, є температура, що виникає в процесі різання. Ставимо за мету дослідити закономірності та отримати залежності теплоутворення і теплової передачі між елементами процесу різання, які характеризують температуру зубців інструмента та його лез. Встановити нагрівання і зношування різальних кромок під час нарізання внутрішнього зубчастого колеса методом Power skiving.  Методика роботи. Використовуючи комплексні взаємопов’язані графоаналітичні та математичні моделі, що включають створення 3D моделі недеформованої стружки, яка побудована на отриманих зрізах, а також симуляції контактних, силових, деформаційних і теплових процесів під час зубонарізання внутрішнього вінця, було досліджено сили тертя та температуру на зубцях Skiving-різців. Результати. Запропонована методика дослідження, яка наведена в цій роботі, дозволяє вибирати безпечні умови роботи різального інструмента під час зуботочіння методом Power Skiving. Отримані результати дозволяють забезпечити необхідну стійкість Skiving-різців та уникати теплового перевантаження. Наукова новизна та практичне значення. Результати дослідження дають можливість підібрати раціональні значення режимів різання при точінні внутрішнього зубчастого вінця, маючи інформацію про технічні характеристики обладнання та властивості матеріалу інструмента. Підібрана безпечна швидкість різання дозволить максимально продуктивно використовувати вказаний метод і забезпечить необхідний період стійкості Skiving-інструментів. Напрями подальших досліджень за тематикою статті. У подальших дослідженнях необхідно встановити залежність періоду стійкості Skiving-інструмента від температури для різних значень глибини різання та під час врізання в заготовку.

зубчасте колесо
температура
знос
геометричні параметри
швидкість різання
3D модель
Power skiving
  1. https://www.youtube.com/watch?v=EefFxEGVbWo
  2. Pittler V. Verfahren zom Schneiden von Zahnrädern mittels eines zahnradartiges, an den Stirnflächen der Zähne mit Schneidekanten versehenen Schneidwerkzeugs. Deutsche Patentschrift. – N 243514, W. (1910).
  3. Bauer R., Dix M.. Novel method for manufacturing herringbone gears by power skiving. Procedia CIRP.– 2022. – Vol. 112. – P. 310–315. DOI:10.1016/j.procir.2022.09.003
  4. Sugimoto T., Ishibashi A., Yonekura M. Performance of skiving hobs in finishing induction hardened and carburized gears. Gear Technology. – 2003. – Vol. 20. – N 3. – Р. 34–41.
  5. Guo Z., Mao S., Huyan L., Duan D. Research and improvement of the cutting performance of skiving tool. Mech Mach Theory. – 2018. – Vol. 120. – P. 302–313. DOI:10.1016/j.mechmachtheory.2017.08.004
  6. Arndt T., Klose J., Gerstenmeyer M., Schulze V. Tool wear development in gear skiving process of quenched and tempered internal gears. Entwicklung des Werkzeugverschleißes beim Wälzschälen von vergüteten Innenverzahnungen. Forschung im Ingenieurwesen. – Vol. 86. – P. 587.  DOI:10.1007/s10010-021-00544-0
  7. Stadtfeld H. J. Power skiving of cylindrical gears on different machine platforms. Gear technology. –2014. – Vol. 31. – N 1. – P. 52–62. DOI:10.1016/S0007-8506(07)61473-5
  8. Kühlewein C. Untersuchung und Optimierung des Wälzschälverfahrens mit Hilfe von 3D-FEM- Simulation: 3D-FEM Kinematik-und Spanbildungssimulation. – 2013.
  9. Janßen C., Brimmers J., Bergs T. Validation of the plane-based penetration  calculation  for  gear skiving. Procedia CIRP. – 2021. – Vol. 99. – P. 220–225. DOI:10.1016/j.procir.2021.03.034
  10. Klocke F., Brecher C., Löpenhaus C., Ganser P., Staudt J., Krömer M. Technological and simulative analysis of power skiving. Procedia Cirp. – 2016. – Vol. 50. –  Р. 773–778. DOI:10.1016/j.procir.2016.05.052
  11. Bouzakis K. D., Lili E., Michailidis N., Friderikos O. Manufacturing of cylindrical gears by generating cutting processes: A critical synthesis of analysis methods. CIRP annals. – 2008. – Vol. 57. – N 2. – Р. 676–696. DOI:10.1016/j.cirp.2008.09.001
  12. Bergs T., Georgoussis A., Löpenhaus C. Development of a numerical simulation  method  for  gear skiving. Procedia CIRP. – 2020. – Vol. 88. – P. 352–357. DOI:10.1016/j.procir.2020.05.061
  13. Vargas B., Schulze V. Three-dimensional modeling of gear skiving kinematics for comprehensive process design in practical applications. CIRP Annals. – 2021. – Vol. 70. – N 1. – P. 99–102. DOI:10.1016/j.cirp.2021.04.075
  14. Spath D., Hühsam A. Skiving for high-performance machining of periodic structures. CIRP Annals. –2002. – Vol. 51. – N 1. – P. 91–94. DOI:10.1016/S0007-8506(07)61473-5
  15. Tsai C. Y. Mathematical model for design and analysis of  power  skiving  tool  for  involute  gear cutting. Mechanism and Machine Theory. – 2016. – Vol. 101. – P. 195–208. DOI:10.1016/j.mechmachtheory.2016.03.021
  16. Tapoglou N. Calculation of non-deformed chip and gear geometry in power skiving using a CAD-based simulation. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 100. – N 5. – P. 1779– 1785. DOI:10.1007/s00170-018-2790-3
  17. Klocke F., Brecher C., Löpenhaus C., Ganser P., Staudt J., Krömer M. Technological and simulative analysis of power skiving. Procedia Cirp. – 2016. – Vol. 50. – P. 773–778.  DOI:10.1016/j.procir.2016.05.052
  18. Onozuka H., Tayama F., Huang Y.,  Inui  M.  Cutting  force  model  for  power  skiving  of  internal gear. Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 56. – P. 1277 –1285.  DOI:10.1016/j.jmapro.2020.04.022
  19. Inui M., Huang Y., Onozuka H., Umezu N. Geometric simulation of power skiving of internal gear using solid model with triple-dexel representation. Procedia Manufacturing. – 2020. – Vol. 48. – P. 520–527. DOI:10.1016/j.promfg.2020.05.078
  20. McCloskey P., Katz A., Berglind L., Erkorkmaz K., Ozturk E., Ismail F. Chip geometry and cutting forces in gear power skiving. CIRP Annals.  –  2019. – Vol. 68. – N 1. –  P. 109–112. DOI:10.1016/j.cirp.2019.04.085
  21. Bergs T., Georgoussis A., & Löpenhaus C. Development of a numerical simulation method for gear skiving. Procedia CIRP. – 2020. – Vol. 88. – P. 352–357. DOI:10.1016/j.procir.2020.05.061
  22. Fang Z., Ren Z., Kizaki T., Feng Y., Kugo J., Komatsu Y., Sugita N. Construction of uncut chip geometry in gear skiving using level contours. Precision Engineering. – 2022. – Vol. 73. – P. 93–103. DOI:10.1016/j.precisioneng.2021.08.013
  23. Yoshikoto Yanase/ The Latest Gear Manufacturing Technology for High Accuracy and Efficiency.т Mitsubishi Heavy Industries Technical Review. – 2018.  – Vol. 55. – N 3.
  24. Wu X., Li J., Jin Y., Zheng S. Temperature calculation of the tool and chip in slicing process with equal- rake angle arc-tooth slice tool. Mechanical Systems and Signal Processing. – 2020. – Vol. 143, 106793. DOI:10.1016/j.ymssp.2020.106793
  25. Storchak M., Kushner V., Möhring HC. et al. Refinement of temperature determination in cutting zones. J Mech Sci Technol. – 2021. – Vol. 35. –  P. 3659–3673. DOI:10.1007/s12206-021-0736-4
  26. Storchak M., Mohring H.-C., Steh T. Improving the friction model for the simulation of cutting processes.Tribology International. – 2022. – Vol. 167, 107376. DOI:10.1016/j.triboint.2021.107376
  27. Slipchuk A. Novitskyi M. Definition Of The Geometric Parameters Of The Undeformed Chip At The Cut-In Stage When Machining An External Gear Using The Power Skiving Method. Ukrainian Journal Of Mechanical Engineering And Materials Science UJMEMS. – 2023. – Vol. 9. – N 4. – P. 49–56. DOI:10.23939/ujmems2023.04.049
  28. Hrytsay I., Slipchuk A. Features of using the power skiving method for multi-pass cutting of internal gears. Archive of Mechanical Engineering. – 2024. – Vol. 71. – N 2. – P. 189–211. DOI: 10.24425/ame.2024.149636
  29. Hrytsay I., Slipchuk A., Bosansky M. Justification of the choice of parameters for the gear power skiving operation based on computer  simulation.  Journal  of  Mechanical  Engineering  –  Strojnicky  Casopis. –  2023. – Vol. 73. – N 2. –  P. 33–44. DOI:10.2478/scjme-2023-0020.