1. ISTCIPA
  2. Всі випуски
  3. Випуск 59, 2025
  4. Дослідження температури інструмента під час багатопрохідного нарізання зубчастих коліс методом Power Skiving

Дослідження температури інструмента під час багатопрохідного нарізання зубчастих коліс методом Power Skiving

ISTCIPA.
2025;
Випуск 59
: cc. 108 - 120
https://doi.org/10.23939/istcipa2023.59.108
Автори:
  1. Андрій Сліпчук
1
Національний університет «Львівська політехніка», Україна

Постановка проблеми та мета роботи. Наведено методику прогнозування температури твердосплав- ного інструмента для нарізання зубчастих коліс методом Power Skiving. Таке завдання особливо актуальне для автоматизованого обладнання, до яких належать зубонарізні верстати. Методика роботи. За критерій надійності взято тепловий стан зубця скайвінг-інструментф, за якого на його вершинному лезі буде виникати теплова тріщина, що призведе до його ламання і втрати працездатності системи. Визначення теплоти, яка генерується на одному зубці в процесі нарізання зубчастого колеса, виконано на основі розрахунку сумарної роботи різання і подолання тертя на контактних поверхнях різального клину та теплового балансу в зоні різання. Результати. Температура на вершині зубця визначалася з величини об’єму, в якому вона гене- рується: в межах ділянки контакту стружки з передньою поверхнею і допустимої ширини ділянки зношу- вання по задній поверхні. Наукова новизна та практичне значення. Розроблена методика дає змогу корек- тувати початкові дані для забезпечення безвідмовної роботи верстата. Якщо максимальна температура буде перевищувати межу теплостійкості інструментального матеріалу, то треба коректувати матеріал різальних пластин або ж міняти режими різання − швидкість різання, або кількість проходів і глибину різання. Корек- тування операції і вибір кращого варіанта може базуватися на порівнянні витрат часу щодо кожного з варіантів. Напрями подальших досліджень за тематикою статті. У подальших дослідженнях спробуємо провести експеримент та порівняти отримані результати із аналітично розрахованими.

зубчасте колесо
температура
зношування
багатопрохідне різання
тертя
Power skiving
  1. Nishikawa T., Shimada S., Kobayashi G., et al. Using power skiving to increase the efficiency and precision of internal gear cutting. Komatsu technical report 64(171):1–7, 2018.
  2. Pittler V. Verfahren zom Schneiden von Zahnrädern mittels eines zahnradartiges, an den Stirnflächen der Zähne mit Schneidekanten versehenen Schneidwerkzeugs, Deutsche Patentschrift Nо. 243514, W. (1910).
  3. Yanase Y., Usude J., Ishizu K., Kikuchi T., Ochi M. (2018). The latest gear manufacturing technology for high accuracy and efficiency. Mitsubishi Heavy Industries Technical Review, 55(3), 1.
  4. Sugimoto T., Ishibashi A., Yonekura M. Performance of skiving hobs in finishing induction hardened and carburized gears. Gear Technology, 2003, Vol. 20, No. 3, Р. 34–41.
  5. Внуков Ю. М., Залога В. О. Зношування і стійкість різальних лезових інструментів : навч. посіб. 2-ге вид., стер. Суми: Сумський державний університет, 2024. 273 с. ISBN 978-966-657-148-2
  6. Spath D., Hühsam A. Skiving for high-performance machining of periodic structures, CIRP Ann. Manuf. Technol. 51. (2002). 91–94. DOI: 10.1016/ S0007-8506(07)61473-5
  7. Schulze V., Kühlewein C., Autenrieth H. 3D-FEM modeling of gear skiving to investigate kinematics and chip formation mechanisms, Adv. Mater. Res. 223. (2011). 46–55. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.223.46
  8. Klocke F., Brecher C., Löpenhaus C., Ganser P., Staudt J., Krömer M. Technological and simulative analysis of power skiving, Procedia CIRP. (2016). 773–778. DOI: 10.1016/j.procir.2016.05.052
  9. Wang W. P., Wang K. K. Geometric modelling for swept volume of moving solids, IEEE Computer Graphics and Applications. (1986). 8–17.
  10. Nishikawa T., Shimada S., Kobayashi G., Zongwei R., Sugita N. Using Power Skiving to Increase the Efficiency and Precision of Internal Gear Cutting, Komatsu Tech. Rep. 64 (2018), 1–7.
  11. Ren Z., Fang Z., Arakane T., Kizaki T., Nishikawa T., Feng Y., Kugo J., Nabata E., Sugita N. Parametric modeling of uncut chip geometry for predicting crater wear in gear skiving, J. Mater. Process. Technol. (2021). 290. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2020.116973
  12. McCloskey P., Katz A., Berglind L., Erkorkmaz K., Ozturk E., Ismail F. Chip geometry and cutting forces in gear power skiving, CIRP Ann. 68 (2019). 109–112. DOI: 10.1016/j.cirp.2019.04.085
  13. Inui M., Huang Y., Onozuka H., Umezu, Geometric simulation of power skiving of internal gear using solid model with triple-dexel representation, Procedia Manuf. 48 (2020). 520–527. DOI: 10.1016/j.promfg.2020.05.078
  14. 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, Precis. Eng. 73 (2021). 93–103. DOI: 10.1016/j.precisioneng.2021.08.013
  15. Ren Z., Fang Z., Kizaki T., Feng Y., Nagata T. Understanding local cutting features affecting surface integrity of gear flank in gear skiving, Int. J. Mach. Tools Manuf. (2022). 172.
  16. Antoniadis. Gear skiving – CAD simulation approach, CAD Comput. Aided Des. 44. (2012). 611–616. DOI: 10.1016/j.cad.2012.02.003
  17. Onozuka H., Tayama F., Huang Y., Inui M. Cutting force model for power skiving of internal gear, J. Manuf. Process. 56 (2020) 1277–1285. DOI: https://doi.org/ 10.1016/j.jmapro.2020.04.022
  18. 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,  Mech.  Syst. Signal Process.  143.  (2020).  DOI: https://doi.org/10.1016/j.ymssp. 2020.106793
  19. Zhang L., Liu J., Wu X., Zhuang C. Digital twin-based dynamic prediction of thermomechanical coupling for skiving process, Int. J. Adv. Manuf. Technol. (2022). DOI: 10.1007/s00170-022-08908-8
  20. Li J., Wang P., Jin Y. Q., Hu Q. Chen/ Cutting force calculation for gear slicing with energy method, Int. J. Adv. Manuf. Technol. 83. (2016). 887–896. DOI: 10.1007/s00170-015-7630-0
  21. Stadtfeld H. J. Power skiving of cylindrical gears on different machine platforms, Gear Technology. 31 (1). (2014). 52–62.
  22. Arndt T., Klose J., Gerstenmeyer M., Schulze V. Tool wear development in gear skiving process of quenched and tempered internal gears, Forsch. Ing. Eng. Res. (2021). DOI: 10.1007/s10010-021-00544-0
  23. Сліпчук А. М. Дослідження температури інструмента під час нарізання внутрішніх зубчастих коліс методом Power Skiving. Автоматизація виробничих процесів у машинобудуванні та приладобудуванні. Український міжвідомчий науково-технічний збірник, 2024, № 58, с. 47–59. DOI: 10.23939/istcipa2023.58.047
  24. 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, No. 2. P. 213–226. DOI: 10.24425/ame.2024.149636
  25. Hrytsay I., Stupnytskyy V. (2023). Hob wear prediction based on simulation of friction, heat fluxes, and cutting temperature. Archive of Mechanical Engineering. 2023. Vol. 70, No. 2. P. 271–286. DOI: 10.24425/ame.2023.145582
  26. Hrytsay I., Slipchuk A., Bosansky M. Prediction of cutting tool stability based on temperature modelling in power skiving gear cutting process. Strojnícky časopis – Journal of Mechanical Engineering. 2025. Vol. 75, No. 1. P. 39–48. DOI: 10.2478/scjme-2025-0005
  27. 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. Article ID: 106793. DOI: 10.1016/j.ymssp.2020.106793
  28. Сліпчук А. М. Симуляція процесу Power Skiving для нарізання внутрішнього зубчастого колеса з моделюванням недеформованої стружки. Автоматизація виробничих процесів у машинобудуванні та при- ладобудуванні: Український міжвідомчий науково-технічний збірник. 2023. Вип. 57. С. 46–58. DOI: 10.23939/ istcipa2023.57.046