Введение к работе
Актуальность темы. Требования повышения качества и долговечности работы подшипниках в целом в значительной степени определяются физико-механическими и геометрическими характеристиками рабочих поверхностей. Именно качество рабочих поверхностей практически во всех случаях предопределяет важнейшие эксплуатационные свойства деталей – долговечность, износостойкость и др.
Железнодорожный транспорт является одним из самых массовых потребителей высокоточных деталей типа элементов буксовых подшипников и роторов тяговых электродвигателей. Детали, работающие в механизмах подвижного состава, подвержены почти всем возможным негативным факторам: высокие скорости, высокие статические и динамические нагрузки, вибрации, абразивный и коррозионный износ, перепады температур от –50 до +50 С. Более 80% буксовых роликовых подшипников выходят из строя по причине износа и потери эксплуатационных качеств, в том числе и из-за износа кромок торцевых поверхностей роликов. Отсюда вытекает необходимость улучшения физико-механических характеристик и геометрических характеристик рабочих поверхностей торцов ролика. Кроме того, при применении прогрессивных технологических процессов следует стремиться к повышению производительности. Данные показатели и определяют эффективность технологии.
На решение указанных задач направлены результаты исследований сотрудников кафедры «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета под руководством А.В. Королева, в том числе разработка и внедрение процессов, основанных на поверхностно-пластической деформации (ППД) металлов в подшипниковой промышленности. ППД позволяет получать заготовки для деталей, а в ряде случаев и готовые детали, которые обладают повышенными эксплуатационными характеристиками.
Все более широкие перспективы применения на завершающей стадии технологического процесса изготовления ответственных деталей приобретает операция алмазного выглаживания. Этот способ обработки обеспечивает благоприятное с позиции эксплуатационных свойств сочетание параметров шероховатости и микротвердости поверхностного слоя при производстве широкого круга ответственных деталей, изготовляемых, как правило, из высокопрочных сталей и работающих в условиях высоких скоростей, повышенного износа и циклических знакопеременных нагрузок.
Достичь эффективного упрочнения при уменьшении силового воздействия позволяет использование при алмазном выглаживании энергии ультразвуковых колебаний (УЗК), оказывающих существенное влияние на характер контактного взаимодействия инструмента и заготовки. При использовании УЗ – воздействий на инструмент обеспечивается существенное уменьшение трения в очаге деформации. Применение УЗ выглаживания может обеспечить повышение долговечности роликов, поэтому можно считать целесообразным введение этой операции в технологический процесс. Исследования в этой области проводились А.И. Марковым, В.М. Торбило, Я.И. Барацом и др., но в данных работах не рассмотрен вопрос обработки сферических торцевых поверхностей роликов, в частности кинематики процесса и образования микрорельефа, влияющих на долговечность.
Поэтому разработка и исследование новых эффективных способов ППД деталей подшипников, обеспечивающих снижение затрат на их изготовление и повышение качества, является актуальной.
Целью данной работы является повышение эффективности и качества изготовления роликов буксовых подшипников путем введения в технологический процесс операции ультразвукового алмазного выглаживания и определения наиболее целесообразных технологических режимов.
Методы и средства исследований. Теоретические исследования процесса ультразвукового алмазного выглаживания (УАВ) осуществлялись с применением методов технологии машиностроения, теории пластической деформации. Экспериментальные исследования по обработке сферических торцов роликов проводились с использованием методов математической статистики и планирования экспериментов. В качестве средств исследования по упрочнению сферических торцов роликов использовались оборудование и приборы ОАО «Саратовский подшипниковый завод» (ОАО «СПЗ»), в частности, экспериментальная установка для УАВ на станке 16К20 при обработке роликов буксового подшипника серии 46-822726Е2М (ГОСТ 18855-94).
Научная новизна работы:
разработана математическая модель образования микрорельефа на сферической поверхности торцов роликов в процессе УАВ и выявлены закономерности формирования микрорельефа, полученные на основе анализа влияния на него технологических факторов;
по результатам экспериментальных исследований установлено влияния режимов алмазного выглаживания на основные показатели обработки торцевых поверхностей роликов: микротвердость, твердость и шероховатость в условиях ультразвуковых колебаний инструмента;
разработана методика оптимизации процесса УАВ, определение рациональных условий обработки при обеспечении максимальной производительности процесса и заданных показателях качества;
Практическая ценность и реализация работы:
предложен новый способ обработки сферической поверхности роликов УАВ;
разработана программа расчета на ЭВМ с использованием программного продукта MathCAD PLUS 7.0 PRO оптимальных технологических параметров процесса и геометрических параметров заготовок;
разработан технологический процесс изготовления роликов подшипников серии 46-822726Е2М, который внедрён на предприятии – OOO «Научно-производственное предприятие нестандартных изделий машиностроения» (НПП НИМ), для изготовления деталей ось на предприятии ЗАО «Саратовский арматурный завод» (САЗ), что подтверждается актами внедрения. Экономический эффект от внедрения технологического процесса составил для «НПП НИМ» свыше 350 тыс. руб.;
получены результаты ресурсных испытаний буксовых подшипников, устанавливающие связь их долговечности с качеством обработки торцевых поверхностей роликов, полученном в результате замены операции шлифования сферической торцевой поверхности ролика на УАВ.
Положения и результаты, выносимые на защиту:
-
Перспективная технология обработки сферических торцов роликов буксового подшипника, включающая операцию УАВ.
-
Математическая модель процесса образования микрорельефа в процессе УАВ сферической поверхности торцов роликов.
-
Результаты экспериментальных исследований влияния УАВ сферической поверхности торцов роликов на станке 16К20 на качество поверхности.
-
Результаты внедрения технологического процесса при обработке деталей роликов буксовых подшипников.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на Всероссийской научно-методической конференции «Современные проблемы информатизации геометрической и графической подготовки инженеров» (Саратов, 2007); Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2008), на конференциях молодых ученых СГТУ (2007-2008); научно-технических конференциях кафедры «Технология машиностроения» СГТУ (2006-2008).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков и 10 таблиц. Она состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 108 наименований и приложений.
