автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение точности и качества суперфиниширования поверхности роликов подшипников путем разработки и применения нового абразивного инструмента без связки

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1 .Точность и качество суперфиниширования.

1.2.Изготовление нового абразивного инструмента без связки.

Глава 2. Условия проведения экспериментов.

2.1.Используемое оборудование, режущий инструмент и приспособления.

2.2.Измерительный инструмент и приборы.

2.3.Методика исследования состояния обработанной поверхности.

2.4.Методика электронно-микроскопического исследования обработанной поверхности и площадок контакта зерен инструмента после прессования ударной волной и спекания.

2.5.Методика и оборудование дня исследования гранулометрического состава инструмента после прессования ударной волной.

Глава 3. Теоретические основы получения нового абразивного инструмента без связки и влияние структуры инструмента на эффективность обработки.

3.1. Аналитическое описание процесса прессования нового инструмента ударной волной.

3.2.Особенности структуры нового абразивного инструмента без связки.

3.3. Особенности спекания нового абразивного инструмента без связки в вакууме.

Глава 4. Качество и точность поверхности при суперфинишировании новым абразивным инструментом без связки.

4.1. Аналитическое описание шероховатости поверхности, обработанной новым инструментом без связки.

4.2. Аналитическое описание точности формы роликов, обработанных новым инструментом без связки.

Глава 5. Опытно-промышленные испытания нового абразивного инструмента без связки в условиях ОАО ВПЗ

5.1.Исследование эксплуатационных характеристик нового инструмента без связки.

5.2.0бработка результатов экспериментальных данных качества и точности роликов после суперфиниширования новым инструментом без связки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

В диссертации рассматриваются вопросы, связанные с исследованием качества и точности процесса суперфинишной абразивной обработки деталей подшипникового производства.

Актуальность темы диссертации.

Подшипниковой промышленности как отрасли точного машиностроения принадлежит особая роль в повышении качества продукции, так как подшипники качения, являясь опорами вращения валов и осей, определяют точность работы большинства машин, механизмов и приборов.

Важнейшими комплексными показателями качества подшипников, отражающий технический уровень производства, является точность и качество поверхности изготовленных деталей.

Несмотря на имеющиеся достижения в этой области машиностроения, процесс отделочной обработки пока еще остается узким местом при производстве подшипников и изыскание новых, более эффективных способов финишной обработки роликов подшипников качения является актуальной задачей, особенно в условиях современного автоматизированного производства.

Целью работы является повышение точности и качества обработки деталей подшипников, увеличения срока их службы и расширение технологических возможностей процесса суперфиниширования путем применения нового абразивного инструмента без связки.

Методика исследований. В работе использован комплексный подход при изучении точности и качества поверхности деталей подшипников и работоспособности нового абразивного инструмента.

Экспериментальные исследования проводились на современной технологической базе в условиях автоматизированного производства с применением таких контрольно-измерительных средств, как Talyrond-73, Talysurf 5-120 и Surtronix 3+, рентгеноструктурны й анализ выполнялся на дифрактомере ДРОН-3, металлографические исследования проводились на электронном микроскопе ЭММА-2. Исследования проводились по стандартным методикам с применением методов дисперсионного анализа. Обработка полученных экспериментальных данных проводилась с помощью современной вычислительной техники. Научная новизна:

1. .Установлено, что ударно-волновое прессование формирует мозаичное строение структуры инструмента: чередование крупных (остовных) и мелких зерен.

2. Выявлен механизм износа различных структурных составляющих инструмента: крупные остовные зерна изнашиваются в основном истиранием, а мелкие - скалыванием вершин.

3. Разработана феноменологическая модель, отражающая влияние технологических параметров прессования на структуру инструмента.

4. Разработана математическая модель погрешности формы продольного сечения ролика, позволяющая прогнозировать точность обработки при суперфинишировании.

5. Установлено, что мелкие зерна с развитыми режущими кромками обеспечивают самозатачивание инструмента, а крупные формоустойчивость рабочей поверхности брусков, чем обосновывается улучшение макрогеометрии роликов и шероховатости поверхности.

Практическая ценность.

Получена теоретическая модель и программа для расчета технологических параметров нового абразивного инструмента: объемного содержания зерен и среднего диаметра зерен в зависимости от размеров исходной фракции и параметров прессования.

Получена теоретическая модель и программа для расчета параметра качества поверхности Rz и точности формы новым абразивным инструментом без связки.

Новый абразивный инструмент за счет отсутствия связки и специфики процесса самозатачивания позволяет интенсифицировать режимы обработки и повысить производительность процесса суперфиниширования на 20-30 %. Новый абразивный инструмент без связки обеспечивает:

1. высокое качество микрорельефа Ra=0,08 (Ra=ОД2) мкм для различных типов ролика.

2. повышенную формоустойчивость абразивного инструмента и улучшение макрогеометрии обрабатываемой поверхности:

- в поперечном сечении Дда„=1,5 мкм;

- в продольном сечении (бочкообразность) Апр=2,5 мкм;

- исправляется брак корсетность до 1,5 мкм.

Впервые получен инструмент без арочного эффекта. Разработан способ изготовления абразивных изделий, заключающийся в одновременном получении двух инструментов с различными характеристиками за один цикл прессования (патент РФ № 2086396).

Реализация результатов работы. Работа выполнялась в лаборатории кафедры «Технология машиностроения» ВолгГТУ. На основе теоретико-экспериментальных исследований получен новый абразивный инструмент без связки, который был испытан на ОАО ВПЗ-15, г. Волжский.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

Основным результатом диссертационной работы является разработка научных основ получения нового абразивного инструмента без связки.

1 .Получена теоретическая модель и программа для расчета технологических параметров нового абразивного инструмента: объемного содержания зерен и среднего диаметра зерен в зависимости от размеров исходной фракции и параметров прессования. Адекватность расчетных значений подтверждена экспериментально для различных условий прессования с точностью 4 - 5%.

2.Определена физика явлений, приводящих к возникновению арочного эффекта и влияние последнего на качество получаемых абразивных изделий.

3. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены высокие технологические характеристики инструмента: высокая стойкость и способность самозатачиваться.

Прессование ударной волной позволяет получить развитую структуру нового абразивного инструмента, что повышает интенсивность процесса микрорезания и обеспечивает процесс самозатачивания за счет скалывания вершин абразивных зерен.

Высокотемпературное спекание в вакууме приводит к возникновению прочных связей между абразивными зернами, что обеспечивает высокую стойкость нового инструмента без связки.

4.Получена теоретическая модель и программа для расчета параметра качества поверхности Rz и точности формы новым абразивным инструментом без связки. Адекватность расчетных значений подтверждена экспериментально для различных видов ролика с точностью 4 - 5%.

5.Обосновано влияние структуры нового абразивного инструмента на качество обрабатываемой поверхности. Крупные остовные зерна в процессе

109 микрорезания не участвуют, а выглаживают обрабатываемую поверхность, что приводит к снижению ее шероховатости, поэтому при обработке новым инструментом происходят как микрорезание, так и трение-полирование обрабатываемой поверхности.

6.Выявлен механизм исправления корсетности новым инструментом без связки, сочетающим высокую износостойкость, высокие прочностные свойства и позволяющий интенсифицировать процесс микрорезания.

1. Авт. св. СССР № 1653980. Оробинский В.М. и др. // Способ изготовления абразивных изделий. Опубликовано 01.03.91; Бюл. №24.

2. Авт. св. №975379, СССР, М.Кл2. В24Д17/00/. Оробинский В.М. и др. // Способ изготовления абразивных изделий. Опубликовано 23.11.82; Бюл. №43.

3. Авт. св. №1113371, СССР, С04В41/06 В22Г 3/08. Оробинский В.М. и др. //Способ изготовления абразивных изделий. Опубликовано 15.09.84; Бюл. №34.

4. Авт. св. №1364454, СССР, В24Д18/00/. Оробинский В.М. и др. // Способ изготовления абразивных изделий. Опубликовано 07.01.88; Бюл. №1.

5. Авт. св. №673446, СССР, М.Кл2. В24Д17/00/. Оробинский В.М. и др. //Способ изготовления абразивных изделий. Опубликовано 15.07.79; Бюл. №26.

6. Абразивная и алмазная обработка материалов: Справочник / АН.Резников М.: Машиностроение, 1977. 391 с.

7. Айзенкольб Ф. Успехи порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1969.-540 с.

8. Александрова JI.B., Шабанов K.JI. Структурные фазовые переходы в кристаллах при воздействии высокого давления. Новосибирск: НГУ, 1982.-310 с.

9. Алмазная обработка деталей машин. М.: НИИ тракгорсельхозмаш, 1965.-240 с.

10. Алмазно-абразивная обработка. Пермь: НТО Машпрома, 1967. - 186 с.

11. Андриевский Р.А. Порошковое материаловедение. М.: Металлургия, 1991.-205 с.12.