Реферат

Целью дипломного проекта является разработка технологического процесса изготовления шестерни ведомой заднего моста автомобиля в условиях серийного производства.

На основе научных исследований рассмотрены вопросы зубообработки и контроля гипоидной передачи. Разработан полный технологический процесс изготовления шестерни ведомой заднего моста.

Эффективность внедрения нового метода обработки подтверждена экономическим расчетом.

Введение

Машиностроение является важнейшей отраслью промышленности. Её продукция - машины различного назначения - поставляются всем отраслям народного хозяйства. Рост промышленности и народного хозяйства, а так же темпы перевооружения их новой технологией и техникой в значительной степени зависят от уровня развития машиностроения.

Перед технологами - машиностроителями стоят задачи дальнейшего развития и повышения выпуска машин, их качества, снижения трудоёмкости, себестоимости и металлоемкости их изготовления, внедрение поточных методов работы, механизации и автоматизации производства, а также сокращение сроков подготовки производства новых объектов.

Массовый выпуск машин стал возможен в связи с развитием гибких высокопроизводительных методов производства с использованием станков с ЧПУ, позволяющих наладить в очень короткие сроки наладить серийный выпуск, а дальнейшее повышение точности, мощности, КПД, износостойкости и других показателей работы машин было достигнуто в результате разработке новых технологических методов и процессов. Именно поэтому очень важно, что бы на предприятиях серийного производства технологические процессы были более совершенными. Отсюда вытекает цель дипломного проекта: разработка нового техпроцесса производства шестерни ведомой заднего моста автомобиля ВАЗ 2106 и приведение его к оптимальному варианту. При этом необходимо стремиться к решению следующих основных задач, которые являются частными комплексами общемашиностроительных задач настоящего времени.

1. Спроектировать заготовку с максимальным коэффициентом использования материала и с минимальной себестоимостью.

2. Разработать технологический процесс обработки ступицы с использованием новейших достижений науки и техники и отвечающий требованиям технологичности (экономичности, точности, качества и т.д.).

3. Составить оптимальную схему обработки.

4. Спроектировать конструкцию инструмента и оснастки, отвечающую современным требованиям.

При решении этих задач необходимо, прежде всего, руководствоваться целесообразностью вводимых изменений с экономической точки зрения.

1. Анализ исходных данных

1.1 Назначение и конструкция детали

Деталь - шестерня ведомая заднего моста является одной из важнейших деталей заднего моста автомобиля ВАЗ 2106. Она предназначена для передачи крутящего момента с ведущей шестерни, через редуктор заднего моста 2 (см. рис. 1-1) на полуоси 15 (через систему сателлитов 17 на конические полуосевые шестерни дифференциала 16) и, в дальнейшем на колеса автомобиля. Деталь расположена в картере редуктора главной передачи и базируется в нем на корпусе дифференциала. Деталь получена из стали 19ХГН по ТУ14-1-2252-84. Химический состав и механические свойства представлены в табл. 1.1 и 1.2. соответственно.

Таблица 1.1. Химический состав стали 19ХГН ТУ14-1-2252-84, %

C	Si	Mn	Cr	Ni
0,15-0,25	0,17-0,37	0,5-0,8	0,4-0,6	0,4-0,7

Таблица 1.2. Механические свойства стали 19ХГН

Предел текучести, Т, МПа.	Временное сопротивление разрыву, В, МПа.	Относительное удлинение, 5, %.	Ударная вязкость, aH, кДж/м2
1375	960	9	586

Так как на деталь действуют большие крутящие моменты, то выбор материала вполне обоснован.

На рис. 1.1. показана шестерня ведомая заднего моста в сборе.

Основными контрольными размерами и показателями детали являются:

диаметры под базировку на корпусе дифференциала;

базовый торец;

отверстия для крепления шестерни;

размеры и параметры кругового, конического зуба.

Механизм главной передачи с дифференциалом заднего моста размещен в чугунном литом картере 1 (рис. 1.1). Шестерня ведомая 2 крепится 8 болтами 3 к корпусу дифференциала 4.

Шестерни главной передачи - конические, гипоидные. Ведущая шестерня 1 опущена ниже оси ведомой 2 на величину гипоидного смещения равного 31,75 мм.

Она изготовлена как одно целое с ее валом и установлена в расточке картера на двух конических роликоподшипниках, между внутренними обоймами которых установлена стальная деформируемая распорная втулка.

Правильность положения ведущей шестерни относительно ведомой устанавливается подбором необходимой толщины стальной прокладки (рис. 1-1), устанавливаемой между торцом шестерни и внутренней обоймой заднего подшипника. Заводом выпускаются прокладки семнадцати размеров с интервалом через 0,05 мм. Таким образом, их толщина изменяется в пределах от 2,55 до 3,35 мм.

Указанные регулировки следует выполнять в условиях ремонтных мастерских, оснащенных специальными инструментами, приспособлениями и набором деталей необходимых размеров.

Крутящий момент передается от карданного вала через фланец на ведущую шестерню 1, далее через гипоидную передачу на ведомую 2. С ведомой шестерни через систему сателлитов 5 вращение передается на полуоси 6 и далее на колеса автомобиля.



Рис. 1.1. Главная передача заднего моста в сборе

1.2 Классификация поверхностей детали

Проклассифицируем поверхности детали. Рассмотрим поверхности шестерни ведомой заднего моста. На рис. 1.2. укажем наиболее важные поверхности данной детали. Исполнительными поверхностями детали будут пов. 10, 11, 8, так как именно они служат для передачи крутящего момента. Основными поверхностями будут пов. 5, 1, при помощи которых шестерня базируется на коробке дифференциала, и они же являются ОКБ. В таблице 1.3. представлена классификация поверхностей шестерни ведомой заднего моста.

Таблица 1.3. Классификация поверхностей детали

Вид поверхности	Номер поверхности
Основная	5, 1
Вспомогательная	4
Исполнительная	10, 11, 8
Свободная	Все остальные

Рис. 1.2. Классификация поверхностей детали - шестерня ведомая заднего моста

1.3 Анализ технологичности конструкции детали

Заготовка для детали изготавливается в базовом варианте техпроцесса поковкой, поэтому конфигурация не вызывает значительных трудностей при ее получении. Получение заготовки другими методами получения затруднено особенностями материала.

С точки зрения механической обработки деталь имеет несколько поверхностей требующих специальных методов обработки имеющих высокую трудоемкость. Так выполнение резьбовых отверстий очень трудоемко, так как операция очень трудоемкая. Выполнение гипоидных зубьев также требует специального оборудования. Операция очень трудоемкая и переналадка станков составляет несколько часов.

Так как радиусы режущего инструмента (сменных многогранных пластин) составляют следующие стандартные значения R0.2, R0.4, R0.8, R1.2, то значения радиусов на чертеже детали необходимо сопоставить с данными радиусами. Особенность данной детали это селективная сборка с ведущей шестерней.

Чертеж детали с конструкторской и технологической точек зрения выполнен на нормальном уровне: проставлены основные отклонения форм и размеров. На чертеже детали практически все размеры указаны. Чертеж детали представлен на листе 00.М15 графической части проекта.

В самом первом приближении можно определить технологичность детали с помощью коэффициентов:

- коэффициент точности

;

где, Т_CP - среднее значение точности;

T_i - квалитет i-ой поверхности;

n - число поверхностей с текущим квалитетом;

Т_CP=10,8;

К_точ=0,91;

- коэффициент шероховатости

где, Ш_СР - средняя шероховатость, Ra;

Ш_i - текущая шероховатость поверхности;

n_i - число поверхностей с данной шероховатостью;

Ш_СР=5,604

К_ш=0,82.

1.4 Определение типа производства

Тип производства зависит от двух факторов, а именно: заданной программы выпуска и трудоемкости изготовления изделия. Нередко трудоемкость выражают (при определении типа производства) через массу изделия.

На основании заданной программы рассчитывается такт выпуска, а трудоемкость определяется средним штучным временем Т_шт.ср по операциям действующего на производстве или аналогичного техпроцесса. Отношение этих величин принято называть коэффициентом серийности К_C.



где, t_в - такт выпуска;

Т_шт.ср=16 мин;

где, Ф_ЭФ = 4032 ч - эффективный годовой фонд рабочего времени при 2-х сменной работе;

N = 15000 дет/год - объем выпуска деталей;

t_в=16,128 мин

Тогда коэффициент серийности:

К_с=1,008

Коэффициент серийности:

для массового производства К_С<1;

для серийного производства 1< К_С <10.

Из значений К_С видим, что тип производства - серийный.

1.5 Анализ базового варианта технологического процесса

Поскольку материал шестерня ведомая заднего моста - сталь 19ХГН, то заготовку можно получить только методами обработки металлов давлением. Заготовку также можно получать из проката ввиду мелкосерийного производства. Из всех видов ОМД наиболее предпочтительными в условиях серийного производства являются горячая штамповка на горизонтально-ковочных машинах (выбор метода получения заготовки рассмотрен в следующем разделе).

В условиях серийного производства необходимо придерживаться следующего: максимальная концентрация операций на одном оборудовании, использование унифицированного инструмента и оснастки.

Базирование выполнено правильно, соответствует принципам постоянства и единства баз.

2. Выбор и проектирование заготовки

2.1 Выбор вида и методов получения заготовки

Легированная высокопрочная сталь 19ХГН в исходном состоянии поставляется в виде поковок на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). С учетом имеющегося на базовом предприятии (ВАЗ) технологического оборудования для получения исходной заготовки данной ведущей шестерни можно использовать следующие методы: штамповка на прессах в закрытых штампах, на ГКМ, методом холодного выдавливания. Из литературы 1 видно, что заготовка на ГКМ имеет значительно большие припуски нежели заготовки, получаемые методами штамповки в закрытых штампах и выдавливанием. Окончательный выбор метода определим экономическим расчетом по методике 2.

Таблица 2.1. Определение припусков, допусков и массы заготовок

Размеры	Припуски, мм	Допуски, мм	Масса, кг
	ГКМ	Выдавл.	ГКМ	Выдавл.	ГКМ	Выдавл.
19	1,4	1,3	+1,1 -0,5	+0,9 -0,5	2,55	2,3
21	1,4	1,3
25,44	1,4	1,3
165	1,3	1,2	+0,8 -0,4	+0,7 -0,3
156	1,3	1,3		+0,8 -0,4
96	1,2	1,1	-0,7 -1,3	-0,7 -0,3

Цены на материал, отходы механическую обработку взяты по базовому предприятию с переводом в современные рубли.

Стоимость заготовок, получаемых методами, взятыми для сравнения, штамповки на ГКМ и выдавливанием:

S_заг= (С_i*Q*К_т* К_с* К_в* К_м* К_п) - (Q-q)*S_отх/1000, (2.1)

где С_i - базовая стоимость 1 т заготовок,

Q - масса заготовки, кг,

К_т* К_с* К_в* К_м* К_п - коэффициенты зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заготовок,

q - масса готовой детали; q=1,843 кг по чертежу графической части.

S_отх - цена 1 т отходов стали 19ХГН, S_отх=255 р.

Все показатели формулы (2.1) для обоих методов сводим в табл. 2.2

Таблица 2.2. Определение показателей к расчету стоимости заготовки

Метод получения заготовки	Сi, руб.	Q, кг	М	С	Т	Кт	Кс	Кв	Км	Кп
На ГКМ	2700	1,85	1	2	3	1,0	0,88	1,15	1,21	0,8
Выдавливанием	3360	1,78	1	2	2	1,0	0,88	1,15	1,21	0,8

S_заг^ГКМ=(2700/1000*2,45*1,0*0,88*1,15*1,21*0,8) - (2,45-1,84)*255/1000=4,73 руб.

S_заг^выдавл=(3360/1000*2,3*1,0*0,88*1,15*1,21*0,8) - (2,3-1,84)*255/1000=5,71 руб.

Из расчетов видно, что заготовка получаемая методом выдавливания дороже, чем заготовка ГКМ, кроме того, можно добавить, что данную шестерню полностью невозможно получить выдавливанием из-за сложности получения головки под зубья. Таким образом, можно принять решение о получении заготовки ведущей шестерни на ГКМ, в связи с повышением точности получения заготовки меняется исходный индекс заготовки, значит уменьшаются припуски. Исходя из выше изложенного, снижения припусков:

S_заг^ГКМ_баз=(2700/1000*2,0*0,98*0,88*1,15*1,21*0,8) - (2,55-1,84)*255/1000=4,98 руб.

Э_год= (S_баз^ГКМ-S_проект^ГКМ)*N_г, (2.2)

где N_г - годовая программа выпуска деталей, N_г=15000 шт.

Э_год=(4,98-4,73)*15000=3750 руб.

Вывод: в качестве метода получения заготовки принимаем штамповку на ГКМ с условной годовой экономией в 3750 руб.

2.2 Проектирование заготовки

Окончательно разработку рабочего чертежа заготовки можно провести только после расчета размерного анализа, выявляющего припуски, операционные размеры и размеры заготовки.

На данном этапе назначаем технические требования на заготовку по 1, заносим их на чертеж графической части дипломного проекта.

В качестве черновых технологических баз, используемых при первом установе заготовки, следует выбрать, соблюдая принцип единства баз, пов. 3, 3 тем самым обеспечивая точность диаметральных размеров и взаимного расположения поверхностей.

Для обеспечения точности осевых размеров, целесообразно в качестве черновой базы использовать пересечение поверхностей 3 и 9 (рис. 1.2), совмещая измерительную и технологическую базы.

3. Разработка технологического маршрута и схем базирования

Цель - назначение технологических баз на различных этапах обработки заготовки на основе оптимизации теоретических схем базирования.

При разработке схем базирования будем опираться на следующие принципы: принцип единства баз, т.е. совмещение измерительной и технологической баз и принцип постоянства баз, т.е. использование одной и той же технологической базы на различных операциях ТП.

На операции 010 токарной, соблюдая принцип единства баз, в качестве технологической базы выбраны пов. 3 и 9 и торец 20, здесь создается естественная база - внутренний диаметр, которая будет использована как база почти на всех операциях, что обеспечивает принцип постоянства баз.

На операции 020 токарной, шлифовальной и на окончательной шлифовальной в целях упрощения конструкции приспособления за технологическую базу в осевом направлении принимаем пов. 5.

На операции, где идет обработка зубьев, для достижения требуемой точности и жесткости необходимо использовать ОКБ - комбинацию пов. 5 и 1. Такая схема обеспечивает единство баз при выполнении требования радиального биения зубчатого венца и необходимую точность зубьев.

Разработка технологического маршрута заключается в формировании операций, выборе оборудования. Проанализировав базовый вариант, принимаем, что оборудование не соответствует необходимым требованиям, так как используется в массовом производстве и в проектном варианте используем оборудование преимущественно универсальное (см. табл. 3.1.).

Таблица 3.1. Используемое оборудование

№операции	Используемое оборудование
10	Токарный станок с ЧПУ 1716ПФ4
20	Токарный станок с ЧПУ 1716ПФ4
30	Обрабатывающий центр Deckel Maho DMC 50V
40	Моечная машина
50	Контрольный стенд
60	Зубообрабатывающий станок с ЧПУ «Klingelnberg» G-20 (CBN)
70	Контрольный стенд
80	Закалочная печь
90	Шлифовальный станок с ЧПУ фирмы «Schaudt» ZX-1
100	Притирочно контрольно-обкатной станок

Выбор СТО.

Выбор СТО подробно изложен в Маршрутной карте, в приложении.

4. Размерный анализ техпроцесса

4.1 Расчет операционных размеров и максимальных припусков

В процессе проведения размерного анализа мы решаем одновременно несколько задач.

1. Определяем операционные размеры и технические требования на все операции техпроцесса.

2. Определяем размеры исходной заготовки с минимальными расчетными припусками.

3. Проверяем техпроцесс по критерию обеспечения заданной точности.

Размерная схема представлена на чертеже.

Расчет операционных размеров ведется в следующем порядке:

1. Выявляем замыкающие звенья технологических размерных цепей

2. Выявляем размерные цепи, записываем их уравнения

3. Решаем уравнения размерных цепей

Определяем величины минимальных операционных припусков по [3]:

где Z_mini - минимальный i-ый припуск, мм;

Rz^i-1 - высота неровностей на предыдущей операции, мкм;

Т^i-1 - дефектный слой на предыдущей операции, мкм;

Рассчитываем максимальные значения операционных припусков по методу максимума-минимума:

где Zⁱ - колебание припуска Zⁱ



где B^K - колебания (допуски) составляющих звеньев

Определяем значения операционных размеров из уравнений размерных цепей.

Допуски операционных размеров определяем из маршрутной технологии или по таблицам статистической точности.

Решаются уравнения.

Расчет ведется от детали.

Отсюда:



Отсюда:

Отсюда:

Отсюда:

Размерный анализ в радиальном направлении

5. Патентные исследования

5.1 Обоснование необходимости проведения патентного исследования

В машиностроении сквозные и глухие отверстия цилиндрической формы наиболее часто выполняют методом сверления, и это в равной степени относится к единичному, серийному и массовому производству деталей, изготавливаемых из разнообразных конструкционных материалов.

Процесс сверления отверстий имеет ряд недостатков: относительная низкая стойкость инструмента вследствие быстрого износа материала режущей части (быстрорежущая сталь); высокие температуры резания вследствие скапливания в каналах сверла стружки, препятствующей доступу СОЖ в зону обработки; высокая стоимость сверла, так как она целиком изготавливается из дорогого быстрорежущего материала; потеря точности и качества поверхности вследствие возникающих при резании вибраций и др.

С целью устранения приведенных недостатков необходимо провести патентные исследования достигнутого уровня развития вида техники, что позволит выявить прогрессивное техническое решение (ТР).

Использовать усовершенствованное сверло на территории России можно только в том случае, если оно обладает патентной чистотой в отношении России. Установить, обладает ли усовершенствованное сверло патентной чистотой в отношении России можно в результате экспертизы сверла на патентную чистоту.

Поскольку предполагается (в учебных целях) экспорт усовершенствованных лицензий на их производство в Германию и Японию, то необходимо также провести экспертизу на патентную чистоту в отношении Германии и Японии.

5.2 Описание объекта

Сверло спиральное предназначено для выполнения цилиндрических отверстий в деталях из различных материалов. Сверло может быть использовано для обработки сквозных и глухих отверстий.

Сверло (рис. 5.1) содержит рабочую и хвостовую части, разделенных шейкой, изготавливаемые из быстрорежущей стали. Рабочая часть, состоящая из режущей и калибрующей частей осуществляет образование, отделение и транспортировку стружки. Рабочая часть содержит две винтовые канавки, расположенные вдоль оси сверла и образующие переднюю поверхность у режущей части. Режущая часть содержит заднюю поверхность, имеющую форму конуса. Передняя и задняя поверхности образуют кромку. Калибрующая часть содержит ленточку шириной 0,2…2 мм, которая снижает силы трения спинки сверла об обработанную поверхность и направляет сверло вдоль осевого перемещения. У самой вершины сверла в рабочей его части ленточки работают как вспомогательные режущие кромки. По направлению к хвостовику режущая часть сверла имеет обратную конусность 0,03…2 мм на 100 мм длины сверла, позволяющую снизить трение сверла о поверхность отверстия.

Сверло работает следующим образом. Сверлу сообщают прямолинейное движение подачи в осевом направлении и вращательное движение резания вокруг оси, а заготовку неподвижно закрепляют. Главные режущие кромки снимают слой материала в осевом направлении, а вспомогательные режущие снимают слой материала со стенок отверстия. Стружка отводится по винтовым канавкам, расположенным вдоль оси сверла.

Недостатками сверла являются: относительная низкая стойкость вследствие быстрого износа материала режущей части (быстрорежущая сталь); высокие температуры резания вследствие скапливания в каналах сверла стружки, препятствующей доступу СОЖ в зону обработки; высокая стоимость сверла, так как она целиком изготавливается из дорогого быстрорежущего материала; потеря точности и качества поверхности вследствие возникающих при резании вибраций.

Рис. 5.1. Сверло спиральное

5.3 Цель патентного исследования

Целью исследования достигнутого уровня развития вида техники «Сверло спиральное» является усовершенствование исследуемого сверла за счет устранения недостатков, указанных в описании объекта, а именно: увеличение стойкости сверла за счет повышения износостойкости режущего материала; удешевление сверла за счет уменьшения доли дорогостоящего режущего материала.

5.4 Выбор стран проверки, обоснование выбора

Исследуемое сверло относится к области механической обработки. Исследования проводим в отношении ведущих стран: РФ (СССР), ФРГ, Япония. Эти страны выбираем в качестве стран проверки.

5.5 Изучение особенностей патентного законодательства стран проверки

Необходимые положения патентного законодательства стран проверки заносим в табл. 5.1.

5.6 Выбор технических решений, подлежащих исследованию (ИТР)

Сверло спиральное характеризуется конструктивными признаками - формой элементов, их взаимным расположением, соотношением размеров. Это признаки устройства. Признаки способа и вещества отсутствуют. Следовательно, как объект изобретения сверло представляет собой устройство.

Исследуемый объект «сверло спиральное» содержит следующие технические решения:

а) общая компоновка;

б) рабочая часть, ее форма;

в) материал рабочей части;

г) техпроцесс, определяющий работу сверла;

д) способ изготовления сверла.

Таблица 5.1. Особенности патентного законодательства стран проверки

Положение законодательства	Россия	Германия	Япония
1. Патентный закон, дата его вступления в силу	Положение об открытиях, изобретениях, рацпредложениях от 1973 г. с изменениями в соответствии с Постановлением Совета Министров СССР №1078 28.12.1978	Патентный закон от 1.01.1981	Закон о патентах №121 от 13.04.1959 в редакции закона №30 от 1978 г. №2 P.ROP IND/ 1981; №4 TEXTE 2-001, BLF PMZ, 1981 №10 S.319
2. Виды промышленной собственности, охраняемые в стране	Изобретения, промышленные образцы, товарные знаки	Изобретения, полезные модели, промобразцы, товарные знаки	Изобретения, полезные модели, промобразцы, товарные знаки
3. Требования к новизне и к источникам, порочащим ее; льготы по новизне	Абсолютная мировая	Абсолютная мировая если заявка подана после 1.01.78 г. Относительная мировая - до 1.01.78; 6 мес. в случае: вопреки воле автора или демонстрировалась на выставках	Относительная и мировая 6 мес. в случае: сообщения в научном обществе; демонстрация на выставке; неправомерные публикации третьим лицом
4. Срок действия патента, возможность продления	15 лет, продления нет	20 лет, возможно продление	15 лет, с даты подачи заявки, но не более 20 лет
5. Наличие косвенной защиты	Нет	на способ получения	На способ получения; косвенная защита веществ.

Сверло спиральное является объектом серийного производства. Сложность сверла относительно невысокая, поэтому для экспертизы на патентную чистоту оставляем все технические решения из п. 5.5.2.

а) Общая компоновка известна давно (см. например: Родин П.Р. «Металлорежущие инструменты» - издательское объединение «Высшая школа», 1974 г.) - не подлежит исследованию.

б) Рабочая часть, ее форма, как показывает предварительный обзор патентной документации, регулярно патентуется в ведущих в этой области странах. Оставляем данное ТР в перечне исследований.

в) Материла режущей части известен давно (см. например, Космачев И.Г. «Справочник технолога - инструментальщика» - Л.: Машиностроение, 1969 г.) - исследуем на возможность замены более дешевым или стойким.

г) Техпроцесс, определяющий работу сверла известен давно (см. например Филоненко С.Н. «Резание металлов» - Техника, 1975 г.) - не исследуем.

д) Способ изготовления сверла известен давно - исследуем на возможность изготовления конструкции.

Таким образом, для исследования выбираем технические решения:

а) рабочая часть, ее форма;

б) материал рабочей части;

в) способ изготовления.

Исследование будем проводить по следующей технической документации:

- официальный бюллетень «Открытия, изобретения»;

- реферативный сборник ВНИИПИ «Изобретения стран мира» РЖ ВИНИТИ раздел А14;

- экспресс-информация ВИНИТИ «Режущие инструменты»;

- журналы: «СТИН», «Вестник машиностроения», «Машиностроитель», «Изобретатель и рационализатор».

Задача данного этапа - определить перечень классификационных индексов ИТР, минимальные ретроспективность и широту поиска, а также перечень источников информации, обеспечивающие достаточную полноту и достоверность исследования объекта техники «сверло спиральное».

Классификация изобретений, действующая в России - Международная классификация изобретений (МКИ), национальная классификация изобретений (НКИ); Германии - МКИ, НКИ; Японии - МКИ, НКИ.

Для определения рубрик МКИ по ИТР «сверло спиральное» определяем ключевые слова. Принимаем за ключевое слово «сверло» по «Алфавитно-предметному указателю» т. 2.

Определяем для слова «Сверло» предполагаемую рубрику В23В51/00. По указателю «МКИ» т. 2., раздел В, уточняем рубрику МКИ.

Принимаем рубрику МКИ В23В51/02.

На основании общего анализа состояния мехобработки, и в частности вида техники «Сверло спиральное» считаем, что наиболее прогрессивные ТР содержатся в изобретениях, сделанных в последнее время (примерно в течение 15 лет с 1986-2001 г.).

Срок действия патентов в странах проверки составляет в России - 20 лет, в Германии - 20 лет. Согласно этим срокам устанавливаем и глубину поиска по каждой из стран проверки при проведении экспертизы «Сверла спирального» на патентную чистоту. Учитывая учебный характер экспертизы, глубина поиска может быть уменьшена в соответствии с имеющимися в нашем распоряжении фондов информации.

В качестве источников информации принимаем источники, имеющиеся в библиотеках ТолПИ и ВАЗа, в кабинете патентоведения ТолПИ (на кафедре ТМ); описания к авторским свидетельствам и патентам, бюллетень «Открытия, изобретения», реферативный сборник «Изобретения стран мира», РЖ ВИНИТИ - 14А, технические журналы и книги по областям мехобработки.

Таблица 5.2. Регламент поиска

Предмет поиска (ИТР)	Страны поиска	Индексы МКИ (НКИ) и УДК	Глубина поиска, лет	Источники информации
1. Сверло спиральное, его форма, материал рабочей части, конструкция	Россия Германия Япония США Франция	В23В51/02, 04 УДК 621.919.2	14 (1986-2001)	Описания к авторским свидетельствам и патентам; официальный бюллетень «Открытия, изобретения»; реферативный сборник ВИНИТИ «ИСМ».
2. Сверло спиральное, его форма, материал рабочей части, конструкция	Россия Германия Япония	МКИ В23В51/02, 04 УДК 621.919.2	20	РЖ ВИНИТИ - 14А «Резание металлов, станки и инструмент»; журналы: «Вестник машиностроения»; «СТИН»; «Машиностроитель»; «Изобретатель и рационализатор»; книги в области обработки резанием.

Цель патентного поиска - обеспечение достаточной полноты и достоверности исследования объекта техники «сверло спиральное», установление уровня технического решения, объема прав владельца и условий реализации этих прав за счет тщательного отбора и исследования патентной документации.

Принимаем тематический поиск. Тематический поиск проводится по фонду описаний изобретений; фонду описаний к заявкам на изобретение; фонду полезных моделей и промышленных образцов.

Тематический поиск наиболее распространенный, так как решает задачи только при выявлении описания изобретения, имеющего отношение к рассматриваемому вопросу.

Трудность этого поиска заключается в том, что в различных странах по разному определяется область поиска по тому или иному вопросу.

Просматриваем источники информации в соответствии с регламентом поиска. Сведения о просмотренных источниках заносим в таблицы 5.3 и 5.4.

В просмотренных источниках информации выбираем такие документы, по названиям которых можно предположить, что они имеют отношение к ИТР «Сверло спиральное». По этим документам знакомимся с рефератами, аннотациями, формулами изобретений, чертежами. Сведения о технических решениях, имеющих отношение к ИТР заносим в таблицу 5.3 и 5.4.

Изучаем сущность технических решений, занесенных в таблицы 5.5 и 5.6, по сведениям, содержащимся в графе 4 таблицы 5.5 и 5.6, а также путем просмотра текстов патентных описаний, статей и т.п. Если из рассмотрения сущности технического решения видно, что оно решает принципиально иную задачу по сравнению с задачей повышение стойкости сверла спирального, повышение производительности, уменьшения вибраций при резании, повышение точности обработки, повышение качества обработки, которую решает ИТР, документ из дальнейшего рассмотрения исключаем. Если видно, что техническое решение решает ту же или близкую задачу, документ включаем в перечень для детального анализа. Запись об этом делаем в графе 6 табл. 5.5 и 5.6.

По МКИ, НКИ согласно действующему законодательству стран проверки (Россия, Германия, Япония):

1. Россия, патент 2035270.

2. Россия, патент 2053053.

3. Германия, патент DE 4424885 A1.

4. Германия, патент WO 9627469 A1.

5. Германия, патент DE 4403300 A1.

6. Япония, патент JP 6028811 B4.

Отметку об этом делаем в графе 5 табл. 5.5 и 5.5

Задача данного этапа - путем сопоставления признаков ИТР сверла спирального и отобранных технических решений установить, какое из отобранных ТР является наиболее прогрессивным; обладает ли усовершенствованное сверло патентной чистотой.

В России, Германии и Японии принята немецкая система построения формулы, по которой независимым является только первый пункт формулы.

Выявляем существенные признаки ИТР сверла спирального и группируем их. Выявленные и сгруппированные признаки ИТР заносим в табл. 5.7 графы 1, 2. Проверяем наличие каждого из признаков ИТР в каждом аналоге. Наличие признаков отмечаем в графах 3…9 знаком «+», отсутствие - знаком «-». Новые признаки аналогов заносим в графы 1, 2, а в графах 3…9 отмечаем их наличие или отсутствие у ИТР и аналогов знаком «+» или «-».

Таблица 5.3. Перечень просмотренной патентной документации

Предмет поиска (ИТР)	Страны поиска	Классификационные индексы	Библиотека, фонд	Источник информации - наименование, пределы просмотра по номерам охранных документов и датам публикации
Сверло спиральное: компоновка рабочей части; рабочая часть и ее форма; материал рабочей части; способ изготовления сверла.	Россия Россия Россия Германия Япония Румыния Россия Германия Япония	МКИ В23В51/00 В23В51/02 В23В51/04 УДК 621.9	Кабинет патентоведения МФ, библиотека ТолПИ, библиотека ВАЗа.	Описания к авторским свидетельствам 1986-2001. Официальный бюллетень «Отрытия, изобретения» 1986-2001 г. Реферативный журнал ВИНИТИ -14А «Резание, станки, инструмент» 1986-2001 г. Реферативный сборник ВНИИПИ «Изобретения стран мира» 1986-2001 г.

Таблица 5.4. Перечень просмотренной научно-технической документации

Предмет поиска (ИТР)	Страны поиска	Классификационные индексы	Библиотека, фонд	Источник информации - наименование, пределы просмотра по номерам и датам публикации
1	2	3	4	5
1. Сверло спиральное: материал рабочей части.	Россия	МКИ В23В51/00, 02, 04	Библиотека ТолПИ Библиотека ВАЗа	Журнал «Станки и инструмент» 1990-2001. Журнал «Вестник мишиностроения» 1990-2001. Современное состояние и тенденции развития материалов для режущего инструмента: Обзор НИИМаш. Инструментальная и абразивная промышленность. Серия е-2, М., 1980, 66 с.

Таблица 4.6. Научно-техническая документация, отобранная для анализа

Предмет поиска (ИТР)	Страна выдачи, вид и номер охранного документа, классификационный индекс	Автор, заявитель, страна, дата приоритета, дата публикации, название	Сущность технического решения и цель его создания
1. Сверло спиральное	Россия	Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: Справочник/В.И. Баранчиков, А.В. Жаринов и др.; под общей ред. В.И. Баранчикова. - Москва, Машиностроение, 1990.	1. Приведена конструкция спирального сверла из быстрорежущей стали с утолщенной перемычкой и крестообразной подточкой перемычки. Сверла данной конструкции обладают повышенной стойкостью и жесткостью, обеспечивают хороший выход стружки при сверлении отверстий диаметром от 1 мм и выше в труднообрабатываемых материалах за один проход. 2. Показано сверло с канавками для дробления стружки. На режущих кромках сверла по задней поверхности заточены две несимметричные кольцевые канавки, глубина которых постепенно уменьшается от режущей кромки к канавке сверла. … При сверлении материалов данными сверлами вся ширина стружки разбивается на отдельные узкие участки, что снижает силы резание и тепловыделение. 3. Представлена конструкция сверла с центральной режущей вставкой из СТМ. В теле сверла выполнено центральное отверстие, в котором с помощью припоя закреплена режущая вставка. … Режущая вставка из СТМ повышает стойкость сверла в 6-8 раз по сравнению с известными сверлами, применяемыми на тех же операциях

При исследовании патентоспособности ИТР «сверло спиральное» определяем прототип из числа аналогов по максимальному числу признаков, общих с признаками ИТР. В таблицу 5.8 заносим число общих признаков каждой группе для каждого из аналогов. В нижнюю строку вписываем суммарное число общих признаков по каждому аналогу. Аналог, выбранный в качестве прототипа ИТР №1 - патент России №2035270 по максимальному числу общих признаков, обводим в таблице жирной чертой.

Определение показателей положительного эффекта сверла спирального при исследовании достигнутого уровня.

а) Показатели, обеспечивающие достижение цели усовершенствования объекта:

- канавки для подвода СОЖ (снижение температуры, повышение стойкости);

- твердосплавная режущая часть (повышение стойкости и скорости резания);

- покрытие из твердых материалов (повышение стойкости и скорости резания);

- режущая вставка из СТМ (повышение стойкости и скорости резания);

- ломаная режущая кромка (повышение стойкости и скорости резания);

- выпуклая режущая кромка (повышение стойкости и скорости резания);

- крестообразная перемычка (повышение стойкости и скорости резания).

б) Показатели, косвенно содействующие достижению цели:

- стружкоразделительные канавки (улучшение отвода стружки и снижение тепловыделения);

- канавки для дробления стружки на задней поверхности (улучшение отвода стружки и снижение тепловыделения);

- утолщенная сердцевина (повышение жесткости сверла, точности обработки);

- оппозитно расположенные центрирующая цилиндрическая и эксцентрическая поверхность (снижение вибраций, повышение точности обработки).

в) Показатели, не влияющие на достижение цели, но усиливающие полезные свойства объекта:

- целиком из керамики (уменьшение стоимости инструментального материала и упрощение конструкции).

г) Показатели, не влияющие на достижение цели, но ослабляющие вредные свойства объекта:

- прямолинейные стружечные канавки (снижение трудоемкости изготовления).

Показатели положительного эффекта заносим в таблицу 5.9, графы 1, 2.

Сопоставительный анализ преимуществ и недостатков ИТР и аналогов сверла спирального при исследовании достигнутого уровня.

Оцениваем обеспечение каждого показателя положительного эффекта каждым аналогом в баллах от -4 до 4. ИТР по каждому показателю выставляем оценку «0». Заносим оценки в графы 3…9 табл. 5.9. Суммируем оценки по каждому аналогу, заносим их в нижнюю строку табл. 5.9. Видим, что наибольшую сумму баллов имеет аналог №1 - патент №2035270 России. В этом ТР в наибольшей степени обеспечивается повышение износостойкости, жесткости сверла и скорости резания, улучшение отвода стружки, снижение температуры и вибраций. Следовательно, данное техническое решение является наиболее прогрессивным. Его принимаем для использования в усовершенствованном объекте «сверло спиральное».

Таблица 5.8. Число существенных признаков аналогов, общих с существенными признаками ИТР

Группа признаков	ИТР	Россия, патент 2035270	Россия, патент 2053053	Германия, патент DE 4424885 A1	Германия, патент WO 9627469 A1	Германия, патент DE 4403300 A1	Япония, патент JP 6028811 B4, B23B51/00
а	10	10	10	9	8	8	8
б	0	1	0	1	1	2	0
в	0	1	0	0	0	0	0
г	0	0	1	0	0	0	0
д	1	1	1	1	1	1	2
е	0	0	0	0	1	0	1
Число общих признаков	11	13	12	11	11	11	11

Таблица 5.9. Оценка преимуществ и недостатков аналогов

Показатели положительного эффекта	ИТР	Россия, патент 2035270	Россия, патент 2053053	Германия, патент DE 4424885 A1	Германия, патент WO 9627469 A1	Германия, патент DE 4403300 A1	Япония, патент JP 6028811 B4, B23B51/00
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Повышение стойкости сверла	0	+2	0	+2	+4	+3	+3
2	Повышение скорости резания	0	+2	0	+2	+4	+3	+3
3	Снижение температуры	0	+2	0	0	0	0	0
4	Повышение точности обработки	0	0	+2	0	-1	0	0
5	Улучшение отвода стружки	0	+3	0	-1	0	0	0
6	Повышение жесткости сверла	0	+2	0	0	-1	0	0
7	Снижение вибраций	0	+2	+2	0	-1	0	0
8	Уменьшение стоимости инструментального материала	0	0	0	+2	0	0	-2
9	Упрощение конструкции	0	-2	0	+2	-3	0	-
Суммарный положительный эффект	0	11	4	7	-1	6	4

Сопоставительный анализ признаков при исследовании патентной чистоты.

Сопоставляем совокупности признаков каждого из аналогов графы 4…9 табл. 5.7 с признаками ИТР графы 3 табл. 5.7. ИТР не попадает под действие патентов России, Германии и Японии.

Сверло спиральное патент России №2035270 обладает патентной чистотой в отношении России, Германии и Японии.

Экспертиза показала, что проверяемое сверло (действующий патент №2035270 России) под действие патентов Германии и Японии не попадает, следовательно, сверло спиральное по патенту России №2035270 обладает патентной чистотой в отношении стран проверки Россия, Германия и Япония.

Возможно изготовление и эксплуатация сверл спиральных по патенту России №2035270 и экспорт их в Германию и Японию.

6. Совершенствование техпроцесса на основе научных исследований

6.1 Проверка зацепления конической пары на контрольно-обкатном станке и регулирование формы, размеров и положения пятна контакта

Проверка зацепления конической пары

Для проверки пятна контакта [5] шестерня и колесо устанавливаются на контрольно-обкатном станке по номинальным осевым установкам А_МК и А_МШ при этом отсчитываемые на шкалах станка размеры А_ОК и А_ОШ должны быть взяты с учетом высоты буртов оправок Б_ОК и Б_ОШ (фиг. 6.1). Между зубьями в зацеплении должен быть боковой зазор.

Рис. 6.1

Если зуб шестерни нарезан толще требуемого, то при ее номинальном положении (размер А_ОШ) колесо может быть введено в беззазорное зацепление только при большем значении его осевой установки А'_ОК. Разность А_ОК=А'_ОК - А_ОК определяется по показанию шкалы контрольно-обкатного станка. Однако проверка зацепления в этом случае должна производиться при осевой установке колеса, а шестерня должна быть смещена в сторону увеличения осевой установки настолько, чтобы в зацеплении был необходимый боковой зазор. В этом положении на боковую поверхность зубьев колеса наносится тонкий слой краски (свинцовый сурик, разведенный небольшим количеством машинного масла) и после включения вращения шпинделей станка и легкого притормаживания шпинделя колеса определяется положение пятна контакта на сопряженных сторонах зубьев шестерни.

Рис. 6.2

Однако под влиянием различных неточностей при зубонарезании пятно контакта может оказаться не в нужном положении и могут появиться отклонения в его форме и размерах, что нарушает плавность работы, вызывает шум в зацеплении, а также приводит к неправильному поведению пятна контакта при изменении взаимного положения шестерни и колеса от деформаций под нагрузкой. Можно отметить следующие основные дефекты пятна контакта.

1. При номинальных осевых установках (монтажных расстояниях) А_ОК и А_ОШ пятно контакта не занимает нужного положения, а смещено в продольном или в поперечном или одновременно в обоих направлениях так, что выходит на край зуба у одного из торцов или на его головку, или ножку (фиг. 6.2, а). Работа передачи в этом случае при номинальных монтажных расстояниях будет невозможна.

2. Пятно контакта слишком узкое (фиг. 6.2, б), вследствие чего коэффициент профильного перекрытия становится мал, нарушается плавность зацепления и может иметь место повышенный шум при работе передачи.

3. Пятно контакта слишком широкое (фиг. 6.2, б), и имеется тенденция к разрыву пятна по высоте (мостовой контакт). При малейшем изменении взаимного положения шестерни и колеса (в особенности при изменении осевой установки шестерни) пятно выходит на головку или ножку зуба.

4. Пятно контакта слишком короткое (фиг. 6.2, г). Понижается нагрузочная способность передачи и уменьшается коэффициент продольного перекрытия. Если одновременно с этим сокращается высота, то уменьшается плавность зацепления и возникает шум.

5. Пятно контакта слишком длинное (фиг. 6.2, д). В этом случае при малейшем изменении взаимного положения шестерни и колеса пятно смещается на край зуба у наружного торца, т.е. повышается чувствительность передачи к небольшим погрешностям монтажа и деформациям под нагрузкой.

6. Пятно контакта располагается не вдоль зуба, а с перекосом по диагонали (фиг. 6.2, е). При такой форме пятна в зацеплении не участвует значительная часть рабочих поверхностей зубьев, нарушается плавность и появляется шум в зацеплении.

При изменении взаимного положения шестерни и колеса пятно смещается не вдоль зуба, а на его головку или ножку. Различают два типа диагональности контакта:

а) нормальная диагональность (перекос внутрь). Характеризуется тем, что пятно контакта на выпуклой стороне зуба шестерни идет с ножки зуба у внутреннего торца к его головке у наружного торца; на вогнутой стороне, наоборот, с головки зуба у внутреннего торца к ножке зуба у наружного торца. Нормальной диагональность называется потому, что именно такой тип перекоса пятна возникает от диагональности, вызываемой влиянием углов ножек зубьев шестерни и колеса, если эту диагональность полностью не устранить компенсирующими поправками, вносимыми в движение обкатки;

б) обратная диагональность (перекос наружу); перекос пятна в этом случае на каждой стороне зуба шестерни будет направлен противоположно тому, как это указано для нормальной диагональности.

На фиг. 6.2, е сплошными линиями показан перекос пятна при нормальной диагональности, а штриховыми линиями-при обратной.

7. Пятно контакта имеет нужные размеры, форму и расположение, но при изменении взаимного положения шестерни и колеса оно смещается не вдоль зуба, а с перекосом - на его головку или ножку (фиг. 6.2, ж).

8. При изменении взаимного положения шестерни и колеса пятно контакта смещается вдоль зуба, но его форма при этом претерпевает нежелательные изменения (фиг. 6.2, з).

Исправление этих недостатков пятна контакта производится путем повторного нарезания соответствующей стороны зуба шестерни с внесением в наладку станка дополнительных корректирующих поправок, определяемых по результатам проверки зацепления на контрольно-обкатном станке. Эти корректирующие поправки можно разбить на две группы: а) для изменения положения, формы и размеров пятна контакта, б) для изменения поведения пятна контакта.

6.2 Изменение положения, формы и размеров пятна контакта

Эти изменения пятна контакта осуществляются введением в наладку станка следующих систем дополнительных корректирующих поправок:

1) для смещения пятна в нужное положение,

2) для изменения формы и высоты пятна,

3) для устранения диагональности контакта,

4) для изменения длины пятна.

Следует иметь в виду, что все эти системы поправок не являются независимыми, а при введении поправок для воздействия на какой-либо один элемент пятна изменяются и другие.

Так, при введении поправок для смещения пятна может возникнуть диагональность контакта; при устранении диагональности происходит изменение формы, высоты и длины пятна; при изменении высоты (формы) пятна происходит изменение его длины и т.д. Поэтому назначение корректирующих поправок следует производить с учетом их влияния на все элементы пятна контакта. Знание всех свойств вводимых поправок и практическое их освоение облегчает регулирование пятна контакта и позволяет даже в сложных случаях добиться нужного результата не более чем за 2-3 повторных нарезания соответствующей стороны зуба шестерни.

Корректированием наладки зуборезного станка по результатам проверки зацепления на контрольно-обкатном станке можно удовлетворить самым высоким требованиям к качеству зацепления.

Смещение пятна контакта в нужное положение. Если пятно контакта не занимает нужного положения, то путем изменения осевой установки и гипоидного смещения шестерни на контрольно-обкатном станке оно смещается в требуемое положение.

Направление изменения осевой установки и гипоидного смещения приведено в нормативной документации. Величина этих поправок, при которых пятно занимает правильное положение, записывается.

Корректирование наладки зуборезного станка для смещения пятна в требуемое положение может производиться двумя способами.

1. Изменение осевой установки и гипоидное смещение на контрольно-обкатном станке переносятся на зуборезный станок с теми же абсолютными значениями, но с обратными знаками.

Этот способ смещения пятна контакта, дающий, как правило, хорошие практические результаты, рекомендуется применять при смещениях, не превышающих величину 0,01L. При больших величинах смещений использование этого способа может вызвать появление диагональности контакта. Поэтому при величинах смещений >0,01L рекомендуется применять второй способ.

2. Изменение осевой установки контрольно-обкатного станка пересчитывается в изменение передаточного отношения обкатки (число зубьев производящего колеса) зуборезного станка, а гипоидное смещение контрольно-обкатного станка пересчитывается в изменение положения резцовой головки на зуборезном станке (в угол спирали).

6.3 Изменение формы и высоты пятна

Необходимость в этом регулировании может возникнуть в тех случаях, когда вследствие неудачного выбора сочетаний поправок или номера резцов головки нарушается необходимое отклонение профильной кривизны. Вследствие этого пятно контакта может оказаться или слишком узким, или, наоборот, появится тенденция к разрыву пятна по высоте (мостовой контакт). Последний случай является особенно нежелательным, так как уменьшается длина пятна контакта. Надобность в изменении формы и высоты пятна может также возникнуть вследствие введения других корректирующих поправок в наладку станка.

Исправление формы и высоты пятна контакта производится изменением профильной кривизны путем одновременного введения в наладку станка гипоидного смещения, поправок передаточного отношения обкатки, осевой установки и др.

Необходимая величина гипоидного смещения устанавливается последовательными пробами (Е=2,5; 5,0; 7,5… мм).

Для упрощения переналадки станка в качестве исходной величины для расчета поправок может быть взято изменение передаточного отношения обкатки путем замены наибольшей ведомой шестерни гитары обкатки.

Мерой для оценки надлежащей ширины пятна контакта может служить его поведение при изменении осевой установки нарезаемой шестерни. В передачах автомобильного типа при изменении осевой установки на ±0,08 мм пятно не должно выходить на головку или ножку зуба.

Суммарная величина гипоидного смещения, вводимого для изменения ширины и формы пятна контакта, может достигать значений ±5…10 мм. Небольшие поправки для изменения высоты пятна могут не вызвать видимого изменения его формы и размеров, но они оказывают влияние на шум в зацеплении.

6.4 Устранение диагональности контакта

Расчет наладок станков по методике полностью учитывает устранение диагональности. Поэтому при проверке на контрольно-обкатном станке конических пар, нарезанных по этим наладкам, диагональность, как правило, не обнаруживается. Надобность в устранении диагональности может возникнуть только в случае ошибок или ее появления при введении других корректирующих поправок в наладку станка. Сочетание корректирующих поправок для устранения диагональности используются также для воздействия на поведение пятна контакта при его смещении под влиянием деформаций в результате приложения нагрузки.

Исправление диагональности может производиться тремя способами.

1. Изменением передаточного отношения обкатки в сочетании с изменением осевой установки и другими поправками.

2. Введением дополнительного гипоидного смещения в сочетании с изменением осевой установки и другими поправками.

3. Включением механизма модификации обкатки.

При каждом способе устранения диагональности изменяются также высота и форма пятна (условия сопряжения по профилю) и длина пятна.

При устранении первыми двумя способами диагональности нормального типа на обеих сторонах зуба шестерни пятно по длине сокращается, а по высоте расширяется. При устранении этими же способами диагональности обратного типа, наоборот, пятно по длине возрастает, а по высоте сокращается.

Количественно влияние каждого способа на диагопальность, длину и высоту пятна различно. Если для оценки величины вводимых поправок принять значение коэффициента изменения осевой установки А_Ш то при одинаковых величинах поправок (одинаковое значении А_Ш) при углах спирали = 30-40° изменение диагональности первым способов будет в 2-3 раза более ощутимо, чем вторым способом. С уменьшением угла спирали эффективность первого способа устранения диагональности по сравнению со вторым еще более возрастает.