автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологические основы создания имитационных технологий прецизионного формообразования рабочих поверхностей деталей подшипников качения

На правах рукописи

РЕШЕТНИКОВ Михаил Константинович

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ИМИТАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРЕЦИЗИОННОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Саратов - 2004

Работа выполнена в Саратовском государственном техническом университете

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Давиденко Олег Юрьевич Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Черневский Леонид Викторович

- доктор технических наук, профессор Загородских Борис Павлович

- доктор технических наук, профессор Полянчиков Юрий Николаевич

Ведущая организация -ОАО «Саратовский подшипниковый

завод»

Защита состоится 20 октября 2004 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 в Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале научно-технической библиотеки Саратовского государственного технического университета.

/3

Автореферат разослан сентября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.А. Игнатьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Как известно, долговечность и надежность работы подшипников качения во многом определяются качеством изготовления рабочих поверхностей их деталей. В настоящее время окончательное формирование точностных и качественных параметров дорожек качения осуществляется на шлифовальных или суперфинишных операциях технологического процесса механической обработки.

Процесс традиционного суперфиниширования в значительной степени позволяет обеспечить требуемые технологические параметры обрабатываемых поверхностей, однако получение этих параметров носит нестабильный характер, а сам процесс формообразования является трудно управляемым. При этом практически невозможно осуществить рациональное профилирование обрабатываемой поверхности, то есть придать про' филю обрабатываемой дорожки качения такую геометрическую форму, которая была бы близка форме, образующейся в результате эксплуатации подшипника в реальных условиях. Несоответствие обеспеченных в процессе изготовления геометрических параметров рабочих поверхностей деталей подшипника эксплуатационным приводит к значительному снижению долговечности опоры.

Кроме того, после абразивной обработки на обрабатываемой поверхности остаются вкрапления абразивных зерен, которые в процессе эксплуатации деталей попадают в смазку и способствуют повышенному абразивному износу их рабочих поверхностей, а оставшиеся на поверхности вмятины и лунки становятся источниками усталостных разрушений, что также приводит к быстрому выходу изделия из строя. Поэтому исследования в области создания новых технологических методов окончательного формообразования рабочих поверхностей деталей подшипников, лишенных указанных недостатков, позволят повысить качество обработки деталей, а значит, и эксплуатационные свойства всего изделия.

Цель работы - разработка технологических основ создания имитационных технологий прецизионного формообразования рабочих поверхностей деталей подшипников качения.

Методы и средства исследований. Работа выполнена на основе фундаментальных положений теории упругости, энергетической теории трения износа, современных положений технологии машиностроения, теории абразивной обработки, теории резания металлов, математических методов интегрального и дифференциального исчисления. Для получения количественной оценки влияния технологических факторов обработки на параметры качества обрабатываемой поверхности применялось математическое моделирование на основе многофакторных планируемых экспериментов. Рациональные условия осуществления процессов определялись с помощью симплексного метода линейного программу

БИБЛИОТЕКА С.Г

Достоверность. Теоретические положения работы подтверждены результатами экспериментальных исследований, выполненных как в лабораторных, так и в производственных условиях. Достоверность теоретических положений и экспериментальных данных подтверждена внедрением результатов работы в производство.

Научная новизна. На основании комплексных теоретических и экспериментальных исследований, внедрения их результатов в производство решена актуальная научная проблема, связанная с созданием теоретических и технологических основ прецизионного формообразования рабочих поверхностей деталей подшипников качения методами имитационных технологий.

Наиболее существенными научными результатами являются следующие:

1. Разработаны концептуальные положения создания имитационных технологий окончательной обработки рабочих поверхностей деталей подшипников, позволяющих обеспечивать формообразование, точностные и качественные параметры поверхностей, физико-механические свойства поверхностных слоев, близкие к эксплуатационным.

2. Исследованы закономерности отделения металла с обрабатываемой поверхности при имитационной совместной доработке деталей подвижных сопряжений в абразивной среде, учитывающие деформацию микронеровностей дорабатываемых деталей, деформацию самих деталей, глубину царапины зерен на дорабатываемой поверхности с учетом возможности их разрушения.

3. Теоретически исследован радиальный износ поверхности при имитационной безабразивной доводке, с учетом работы силы трения, удельной внутренней энергии насыщения материала заготовки, физико-механических свойств материала, величины контактных напряжений, шероховатости и размеров заготовки и инструмента, формы площадки контакта.

4. Установлен механизм исправления погрешностей геометрической формы поверхности при имитационной абразивной обработке, который учитывает перераспределение сил резания между абразивными брусками ввиду неравномерности припуска на обработку и вызванную этим упругую деформацию инструментальной головки, режущие свойства абразивного инструмента и состояние обрабатываемой поверхности.

5. Предложены и обоснованы способы имтггационных технологий обработки деталей подшипников качения, обладающие повышенной производительностью и формообразующими возможностями.

6. Экспериментально исследованы способы имитационных технологий, получены их математические модели, учитывающие многообразие режимных факторов, продолжительность обработки, характеристику инструмента.

Практическая ценность и реализация работы. На основе выявленных закономерностей формообразования обрабатываемых поверхностей предложены имитационные технологии, позволяющие формировать рациональные макро- и микрогеометрические параметры на рабочих поверхностях деталей подшипников качения. Разработаны способы имитационной совместной и индивидуальной обработки деталей подшипников, обладающие повышенными производительностью и формообразующими возможностями. Имитационные технологии и устройства для их осуществления использованы для изготовления технологического оборудования на ФГУП ПО «Бином», ОАО «Саратовский машиностроительный завод «Элеватормельмаш», ФГУП «Саратовский агрегатный завод», ОАО «Саратовский завод «Серп и молот». Технологии имитационной доработки подшипников в собранном виде и имитационной безабразивной доводки деталей подшипников, а также рекомендации по их наиболее эффективному использованию переданы для внедрения в ОАО «Саратовский подшипниковый завод» и Саратовское научно-производственное предприятие нестандартных изделий машиностроения.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Концептуальные положения создания имитационных технологий окончательной обработки рабочих поверхностей деталей подшипников, позволяющих обеспечивать формообразование, точностные и качественные параметры поверхностей, физико-механические свойства поверхностных слоев, близкие к эксплуатационным.

2. Закономерности отделения металла с обрабатываемой поверхности при имитациошюй совместной доработке деталей подвижных сопряжения в абразивной среде, учитывающие деформацию микронеровностей дорабатываемых деталей, деформацию самих деталей, глубину царапины зерен на дорабатываемой поверхности с учетом возможности их разрушения.

3. Результаты теоретических исследований радиального износа поверхности при имитационной безабразивной доводке, с учетом работы силы трения, удельной внутренней энергии насыщения материала заготовки, физико-механических свойств материала, величины контактных напряжений, шероховатости и размеров заготовки и инструмента, формы площадки контакта.

4.Механизм исправления погрешностей геометрической формы поверхности при имитационной абразивной обработке, который учитывает перераспределение сил резания между абразивными брусками ввиду неравномерности припуска на обработку и вызванную этим упругую деформацию инструментальной головки, режущие свойства абразивного инструмента и состояние обрабатываемой поверхности.

5. Способы имитационной обработки деталей подшипников качения, обладающие повышенной производительностью и формообразующими возможностями.

6. Результаты экспериментальных исследований влияния технологических факторов различных имитационных технологий на производительность обработки и геометрические параметры рабочих поверхностей деталей роликоподшипников.

7. Результаты использования имитационных процессов и устройств для их осуществления в производстве.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на: Всесоюзной конференции «Инструмент -84», Москва, 1984 г.; Республиканском семинаре «Технологическое обеспечение профильной алмазно-абразивной обработки», г.Пенза, 1984 г.; Всесоюзной школе молодых ученых «Проблемы оптимизации в машиностроении», г. Харьков, 1986 г. ; 4-й Международной конференции «Точность технологических и транспортных систем», г. Пенза, 1998 г.; Республиканской конференции «Современные технологии в машиностроении», г. Пенза, 1999 г. ; Научной конференции с международным участием «Фундаментальные и прикладные исследования саратовских ученых для процветания России и Саратовской губернии», г.Саратов, 1999 г.; 7-й Международной конференции « Комплексное обеспечение показателей качества транспортных и технологических машин», г. Пенза, 2001 г.; Международной конференции «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы», г.Волжский, 2001 г.; Всероссийской конференции с международным участием «Прогрессивные технологии»,г.Тольятти,2002г; а также на заседаниях кафедры «Технология машиностроения» и ежегодных научно-технических конференциях СГТУ в 1984 -2003 годах.

Публикации. По материалам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 45 печатных работ, в том числе три монографии, три патента и авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит 309 страниц текста, 109 рисунков, 27 таблиц, список использованной литературы включает 250 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы, научная новизна и практическая ценность работы, представлены основные научные и практические результаты работы, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены вопросы оптимизации внутренней геометрии роликоподшипников. Проанализированы работы А.В. Орлова, А.В. Королева, О.Ю. Давиденко, С.В. Батенкова, Е.М. Филатовой, Т. Хар-риса, Т. Дернера, М.А. Галахова и других отечественных и зарубежных ученых, посвященные теоретическому и практическому обоснованию эффективности оптимизации формы профиля рабочих поверхностей деталей роликоподшипников. На основе анализа этих работ показано, что рацио-

нальное профилирование деталей подшипника на стадии механической обработки позволяет в значительной мере приблизить геометрическую форму их профиля к эксплуатационной, что дает возможность сократить время приработки рабочих поверхностей в ходе эксплуатации и обеспечить, тем самым, значительное повышение работоспособности опор качения. Однако теоретически разработанные профили не находят применения в подшипниковой промышленности из-за отсутствия требуемого технологического оборудования для окончательного формообразования рабочих поверхностей деталей подшипников. Для ускорения внедрения предлагаемых конструкций профилей рабочих поверхностей деталей подшипников в производство необходимо параллельно с решением конструкторских задач решать и технологические проблемы.

В обзоре подробно проанализированы известные методы абразивной и безабразивной окончательной обработки дорожек качения подшипников. Рассмотрены работы Г.И. Буторина, А.В. Гришкевича, А.В. Королева, З.И. Кремня, В.Г. Левина, А.А. Маталина, С.А. Попова, С.Г. Редько, ЭХ. Ройтерштейн, Ю.Б. Серебряника, И.Е. Фрагина, И.Х. Чеповецкого и других. Отмечено, что традиционно окончательное формообразование рабочих поверхностей деталей подшипников осуществляется на стадии суперфиниширования. Однако этот процесс не может обеспечить наиболее рациональные геометрические и точностные параметры рабочих поверхностей, то есть такие, которые формируются при эксплуатации подшипника, что не позволяет в полной мере использовать положительный эффект от профилирования. Кроме того, в результате абразивной обработки обрабатываемая поверхность шаржируется абразивными зернами, что отрицательно сказывается на работоспособности этих поверхностей.

На основе критического анализа литературных источников показано, что значительно повысить эксплуатационные свойства подшипников качения позволяет безабразивная индивидуальная и совместная обработка рабочих поверхностей их деталей. Такая обработка обеспечивает благоприятные физико-механические свойства поверхностных слоев обрабатываемых заготовок, повышая их износостойкость и способность противостоять усталостным разрушениям. Однако известные методы индивидуальной и совместной обработки деталей подшипников малопроизводительны, имеют низкие формообразующие возможности и не обеспечивают требуемой точности обрабатываемых поверхностей.

Поэтому необходимо, на основе исследований закономерностей взаимодействия инструмента и обрабатываемой поверхности, дальнейшее совершенствование методов безабразивной, абразивной и совместной обработки в направлении повышения их производительности, точностных и качественных показателей, а также формообразующих возможностей.

Исходя из поставленной цели, были определены следующие задачи исследования:

1.Разработать математическую модель, раскрывающую механизм отделения металла с обрабатываемой поверхности при имитационной доработке в абразивной среде, учитывающий деформацию микронеровностей заготовки и инструмента, деформацию самих заготовки и инструмента, глубину царапины зерен на поверхности заготовки с учетом возможности их разрушения.

2. Провести теоретические исследования радиального износа поверхности при безабразивной доводке, с учетом работы силы трения, удельной внутренней энергии насыщения материала заготовки, физико-механических свойств материала, величины контактных напряжений, шероховатости и размеров заготовки и инструмента, формы площадки контакта.

3. Выявить механизм исправления погрешностей геометрической формы поверхности при абразивной обработке, который учитывает перераспределение сил резания между абразивными брусками ввиду неровности припуска на обработку и вызванную этим упругую деформацию инструментальной головки, режущие свойства абразивного инструмента и состояние обрабатываемой поверхности.

4. Разработать способы имитационных технологий обработки деталей подшипников качения, обладающие повышенной производительностью и формообразующими возможностями.

5. Выполнить экспериментальные исследования влияния технологических факторов различных способов имитационных технологий на производительность обработки и геометрические параметры рабочих поверхностей деталей роликоподшипников.

6. Разработать практические рекомендации и внедрить в производство способы имитационных технологий и устройства для их осуществления.

Во второй главе теоретически исследован механизм доводки деталей при различных схемах имитационных технологий.

При рассмотрении механизма имитационной технологии обкаткой в абразивной среде принимались следующие основные допущения: из-за невысокой скорости инструмента в процессе доводки влияние гидродинамического эффекта в зоне контакта заготовки и инструмента, а также влияние сил внедрения абразивных зерен в поверхность заготовки на вели-чшгу сближения поверхностей заготовки и инструмента не учитывать.

Особенностью процесса обкатки в абразивной среде по сравнению с абразивной обработкой является то, что абразивные зерна под действием сил резания шаржируют в поверхность инструмента, удерживаются материалом инструмента, а их вершины царапают обрабатываемую поверхность заготовки. Глубина внедрения зерен в поверхность заготовки и число контактирующих с заготовкой зерен существенно зависят от шероховатости контактирующих поверхностей. К сожалению, это обстоятельство ранее совершенно не учитывалось.

На рис.1 показана зона контакта поверхности заготовки с поверхностью инструмента в системе координат Х02. За ось абсцисс ОХ принята средняя линия профиля инструмента, а за ось ординат 02 - нормаль к поверхности инструмента. Расстояние между средними линиями профилей заготовки и инструмента (г) характеризует степень сближения их поверхностей (е). Под действием внешней нагрузки шероховатая поверхность заготовки взаимодействует с шероховатой поверхностью инструмента, в результате чего происходит упругая и пластическая деформация контактирующих микронеровностей.

На площадках контакта между микронеровностями заготовки и инструмента располагается абразивная паста (см. рис.1). Абразивные зерна, содержащиеся в пасте, вдавливаются в поверхности заготовки и инстру-Поперечное сечение заготовки

Рис. 1. Схема контакта поверхности заготовки с поверхностью доводочного инструмента

В процессе перемещения инструмента относительно заготовки между их контактирующими поверхностями возникает микропроскальзывание. За счет этого абразивные зерна царапают поверхность заготовки и снимают припуск.

Величина снимаемого с заготовки припуска на элементарной полоске расположенной в произвольном поперечном сечении заготовки на расстоянии х от начала координат, за время Г равна:

где - диаметр обрабатываемой поверхности заготовки; - число инструментальных роликов; - относительная частота вращения заготовки и центра роликов; - число абразивных зерен, находящихся на" единице

поверхности инструментального ролика; Ьх - полуширина полоски контакта инструментального ролика с поверхностью заготовки в поперечном сечении х\ Рк - вероятность контакта зерен, находящихся на поверхности инструментального ролика на площадке контакта, с поверхностью заготовки; Уы - средний объем единичной царапины поверхности заготовки.

Если доводочная паста хорошо перемешана и наносится на поверхность доводочных роликов одним ровным слоем, то число зерен на единице поверхности доводочных роликов будет равно:

(2)

где йа - средний диаметр зерен; уцр - средний объемный вес прочих компонентов пасты (преимущественно масла); - часть веса зерен в единице веса пасты.

Вероятность контакта зерен с поверхностью заготовки определим по формуле полной вероятности;

(3)

^¡-^тт

где Р(сЦ - вероятность того, что на поверхности инструмента в зоне контакта с заготовкой имеется зерно размером Р(с1/г) — вероятность того, что это зерно занимает на поверхностях инструмента такое положение, при котором оно оставит след на поверхности заготовки; г - случайная величина расстояния неровностей профилей заготовки и инструмента в направлении нормали их поверхностей:

2=21-22.

Так как г1о. г2 являются независимыми случайными величинами, то величина г является случайной функцией от этих величин.

Зерно размером с1г может оставить царапину на поверхности заготовки, если оно занимает такое положение на неровностях доводочного ролика, при котором

Зная значения плотностей вероятности распределения диаметральных размеров зерен и расстояний между неровностями заготовки и инструмента, которые, как показывает практика, подчиняются нормальному закону, найдем вероятность контакта зерен с поверхностью заготовки и инструмента:

где

среднеквадратическое отклонение значений ординат расстояний

между смежными точками микронеровностей заготовки и инструмента; - среднеквадратическое отклонение размеров зерен; - среднее значение расстояний между смежными точками микронеровностей заготовки и инструмента.

Значение вероятности контакта абразивных зерен с поверхностью заготовки, определяемое равенством (4), справедливо только при малых нагрузках на поверхность контакта инструмента и заготовки, когда деформация микронеровностей мала по сравнению с их высотой. С увеличением деформации микронеровностей поверхностей на площадке контакта вероятность контакта абразивных зерен с поверхности заготовки возрастает.

Если деформация микронеровностей при контакте заготовки и инструмента значительна по сравнению с высотой микронеровностей, то плотность вероятностей распределения ординат микропрофиля поверхности будет соответствовать усеченному закону нормального распределения. Тогда вероятность контакта абразивных зерен с поверхностью заготовки с учетом деформации микронеровностей определится следующим выраже-

нием:

где

(5)

"ху

(6)

- величина деформации микронеровностей при контакте поверхностей.

В общем виде величину сближения шероховатых поверхностей при упругом контакте микронеровностей.в зависимости от контурного давления можно выразить степенной зависимостью:

= N • $уг*л - г.2'2"1

......-ДГ™. (7)

где - показатель степени; - коэффициент, зависящий от механических и геометрических свойств контактирующих микронеровностей; р¡^ турное давление на контакте; - упругая постоянна, равная

кон-

где ц - коэффициент Пуассона; Е — модуль упругости материала инструмента.

Для случая пластического контакта имеем:

где ак - напряжения пластической деформации микронеровностей, зависящие от твердости материала поверхностей.

Контактное напряжение в произвольной точке площадки контакта: - для круговой площадки контакта

(9)

- для прямоугольной площадки контакта

(10)

где р0 - максимальное напряжение, возникающее по центру площадки контакта; Рг - внешняя нагрузка на контакт; А и а -соответственно малая и большая полуоси площадки контакта; 1Г - длина роликового инструмента.

В формуле (1) присутствует размер площадки контакта в направлении качения Ъх с координатой х. Для случая контакта заготовки и инструмента цилиндрической формы с параллельными осями Ъх—Ъ и не зависит от абсциссы JC.

При контакте заготовки и инструмента с выпуклым профилем

(П)

Зная площадь поперечного сечения царапины от единичного зерна и длину царапины, объем единичной царапины можно определить:

Г, =2,53-а?

3,8 • а1 +2-5£-/1г'

** 1

(12)

где б^- суммарная деформация микронеровностей е0 =бх,д и поверхностей заготовки и инструмента в центре площадки контакта..

Глубина внедрения зерен в поверхность заготовки существенно зависит от шероховатости контактирующих поверхностей.и является случайной функцией от двух случайных величин - диаметра абразивного зерна и расстояния между соответствующими точками микронеровностей заготовки и инструмента:

а{=Кнв-(ах-г) при - г) > 0;

а, = 0 при (</г - г) ^ 0,

где Кцв - коэффициент, определяющий, какая часть размера зерна внедряется в поверхность заготовки, и равный

л/ДВГ (14>

где НВГ И НВ1 - твердость инструментального ролика и заготовки соответственно.

При г><4 абразивное зерно не касается поверхности заготовки и не оставляет на нем отпечатка. При 0<г<<11 абразивное зерно частично вдавливается в поверхность заготовки и инструмента. При 2=0 зерно полностью погружается в поверхность заготовки и инструмента.

Однако, на самом деле под действием усилий вдавливания в поверхность заготовки и инструмента зерно может разрушаться. Разрушение происходит от растягивающих напряжений, возникающих в зерне в направлениях, перпендикулярных направлению сжимающей силы.

С учетом возможности разрушения зерен при глубине взаимодействия с заготовкой и инструментом выражение (13) примет вид:

а, = Кнв-(с1г-2) при

где

*а=0,63,

■(НВ2+НВГ).

(16)

\нвг-нвг

Здесь [Ор] - предел прочности материала зерна на растяжение; • • Иа — коэффициент, зависящий от материала абразивных зерен и дефектов их поверхности.

Тогда плотность вероятности случайной величины а с учетом ограничений (15) будет иметь вид:

где

(П)

Здесь

где - среднеквадратическое отклонение и средняя глубина вне-

дрения абразивных зерен в поверхность заготовки.

Зная плотность вероятности случайной величины, нашли ее среднее значение:

о 2я-ст2-ст</ 0 ^

Проведенные исследования выявляют механизм процесса абразивной обработки обкаткой. Выполнен анализ влияющих факторов на результаты обработки, что позволило совершенствовать условия его осуществления.

При рассмотрении механизма безабразивной доводки колец подшипников в качестве модели был рассмотрен контакт заготовки и инструмента в виде жестких упругих дисков 1 и 2 (рис. 2) с радиусами ^ и прижимающихся друг к другу с силой Р и вращающихся вокруг своих осей с частотами «, и п2. Примем, что диск 1 является заготовкой, а диск 2 -инструментом. Будем исходить из того, что диски имеют произвольную форму профиля, при которой их начальный контакт является точечным, а под действием нагрузки Р, возникает эллиптическая площадка контакта с полуосями а и Ъ. Введем декартовую систему координат с началом, расположенным в центре площадки контакта. Ось ОУ расположим вдоль осей заготовки и инструмента, ось - в направлении качения, ось - по нормали к площадке контакта.

а б

Рис. 2. Схема контакта заготовки и инструмента в виде двух жестких упругих тел при качении (а) и образуемая между ними площадка

контакта(б)

Рассмотрим износ поверхности заготовки в произвольном диаметральном сечении, находящемся на расстоянии у от плоскости его симметрии КОХ (рис.2,6). Для этого выделим на площадке контакта соответствующую полоску контакта шириной ф и длиной 2ау. При качении заготовки и инструмента на полоске контакта возникают два участка- участок скольжения (заштрихован на рис.2,6) и участок сцепления. Границы этих участков определены координатой

На участке скольжения возьмем произвольную точку М и рассмотрим размерный износ поверхности заготовки в этой точке. Исходя из энергетической теории трения износа.разрушенный объем материала заготовки равен:

л-Ф-а

.и ' (19)

где - работа сил трения; - удельная внутренняя энергия насыщения материала заготовки, при которой он разрушается; - доля работы трения, расходуемая на износ; <21- доля износа материала заготовки в общем износе тел.

Так как на площадке контакта взаимодействуют отдельные микронеровности заготовки и инструмента, то поделив выражение (19) на элементарную фактическую площадку контакта найдем величину элементарного радиального износа заготовки:

си-ф-е.

(20)

Определим значения элементарной работы с1А, элементарной фактической площадки контакта и энергии насыщения Ат. Какие-либо

данные для определения в технической литературе отсутствуют. На наш взгляд, эту величину можно найти, если воспользоваться результатами усталостных испытаний материалов. При усталостных испытаниях, так же как и при упругом взаимодействии микронеровностей, производится работа, которая расходуется на приращение внутренней энергии материала, и материал разрушается при превышении этой энергии величины энергии насыщения.

Работа, затраченная на упругую деформацию единицы объема материала за время его испытания до разрушения,' равна:

А - -'Р Ат ——

М,

6<2Э1

(21)

Л

где ст_1р- предел ограниченной выносливости симметричного растяжения-сжатия; - базовое число циклов нагружения, при котором материал разрушается; Ск - коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений при наличии дефектов на поверхности (для гладкой поверхности

Элементарная работа сил трения в окрестности точки М

(1А=<1Р-ЬУ-<Ь, (22)

где ¿^-сила трения на элементарной площадке контакта в окрестности точки М; Д V - скорость микропроскальзывания поверхностей в этой точке; ¿и - время перемещения точки М в пределах элементарной площадки.

Определив значения входящих в выражение (22) величин, получили значение элементарной работы:

(23)

где / -коэффициент трения-скольжения; <7>тах- максимальное напряжение на полоске контакта ( в точке у,0); Л,- радиус заготовки; п¡- частота вращения заготовки; х - координата точки на плоскости контакта.

Элементарная фактическая площадка контакта в пределах элементарной области возле точки М:

(^ф=Зш-сЫу, (24)

где Бш - относительная опорная поверхность в окрестности точки М.

Величину 5Ш в наиболее общем виде можно выразить следующим равенством:.

(25)

где- Кш - коэффициент шероховатости, зависящий от параметров микронеровностей контактирующих поверхностей; - показатель степени, зависящий от характера микрорельефа поверхностей дисков.

Раскрывая в выражении (25) значение ах<у и подставляя в равенство (24), получим:

Для того, чтобы найти износ А) диска в произвольной точке М за время ^ необходимо просуммировать его вдоль участка скольжения в пределах от — ау до х0у (рис. 2,6) за число оборотов г, совершенных диском в течение этого времени. Так как износ вдоль участка скольжения практически непрерывен, то от суммирования на этом участке можно пе-

рейти к интегрированию. Кроме того, полагая, как было принято выше, что износ дисков в течение времени t за каждый из [=П оборотов постоянный, получим:

Как видно из выражения (29), износ поверхности заготовки существенно зависит от положения точки хоу, разделяющей участок скольжения и сцепления. Координата этой точки определяется следующим выражением:

где М - момент сопротивления качению; Р - нормальная нагрузка на контакт.

Обозначим:

где Л/^ -момент сопротивления качению заготовки; Г - тангенциальная сила сопротивления качению на контактеЛ - сила трения скольжения. Известно, что:

С учетом равенства (31) выражение (29) примет вид:

(31)

(32)

2 Ы

о

Тогда принимая во внимание обозначения (33), (34), представим величину износа поверхности заготовки (32) в следующем виде:

На основе исследований механизма снятия припуска в процессе обкатки возможно в каждом конкретном случае рассмотреть процесс формообразования поверхности заготовки при использовании безабразивной имитационной технологии.

Для построения математической модели процесса и разработки методики инженерного анализа механизма влияния технологических факторов на погрешность геометрической формы обработанной поверхности при имитационной абразивной обработке были обоснованы следующие допущения: жесткость «взаимосвязи» абразивных брусков и жесткость заготовки на порядок и больше превышают жесткость крепления инструментальной головки в радиальном направлении, в контакте с обрабатываемой поверхностью одновременно находятся все бруски, хотя глубина резания каждым бруском может быть различна.

Исследованиями А.В .Королева установлено, что радиальная сила резания Р/ одним зерном определяется равенством:

ЫУ

(36)

где Тед, - величина касательных напряжений вдоль условной плоскости сдвига материала изделия; щ - глубина внедрения зерна в обрабатываемую поверхность; £ - коэффициент усадки стружки.

Радиальная сила резания абразивным бруском будет определяться выражением:

. V ст /V >

(37)

где Ищах - максимальная высота микронеровностей обработанной поверхности; Но — расстояние от вершин наиболее выступающих над связкой зерен до центра группирования вершин зерен в направлении нормали к рабочей поверхности инструмента; В - ширина площадки контакта бруска с изделием в направлении вращения изделия; - длина площадки контакта бруска с изделием; - относительная опорная площадь исходной обрабатываемой поверхности изделия на уровне взаимодействия с ней абразивных зерен; - средний диаметр абразивных зерен бруска; - соответственно удельные веса инструмента и материала абразивных зерен; -

угол «заборного конуса» абразивного бруска; АС - показатель степени расположения абразивных зерен на рабочей поверхности инструмента; X -снимаемый припуск.. Обозначим:

тах_ 111 и

С - 18,1тсдв-В ц аг{к+11к+2)щ • (38)

Анализируя выражение (38), видно, что величина С, получившая название «жесткости резания», характеризует режущие свойства абразивного инструмента (Но, ¿о, уи> Уб)> микрорельеф обрабатываемой поверхности (Кщах. т))» механические свойства материала изделия (Тщ,, При низкой жесткости резания достигается высокая производительность обработки и обеспечивается высокая точность обработанной поверхности.

В третьей главе изложена методика экспериментальных исследований. Эксперименты выполнялись на модернизированных станках: заточном мод. ЗМ 642 и внутришлифовальном мод. ЛЗ- 154.

В качестве объекта исследований использовались радиальные роликовые подшипники 42305, наружные и внутренние кольца радиальных роликоподшипников 42305 и 2206. Кольца были изготовлены из стали ШХ-15 ГОСТ - 801-78 и термически обработаны до твердости ИКС3 61...65. При совместной доработке подшипников использовали абразивную пасту, содержащую 54% окиси хрома зернистостью М5, 21,5% парафина, 3,5% пчелиного меда, 11% стеарина, 7% керосина, 3% олеиновой кислоты. Частота вращения внутреннего кольца изменялась от 100 до 1000 об /мин, наружного — 10-200 об/мин, угол скрещивания осей наружного и внутреннего колец - 10 — 30 мин, время обработки - 10-60 с. Безабразивная доводка осуществлялась инструментальной обоймой и роликами, выполненными из быстрорежущей стали Р18 и термически обработанными до твердости ИКС] 64...68.. Частота вращения изделия изменялась от 500 до 2000 об/мин, инструментальной обоймы - 10 - 200 об/мин, угол скрещивания осей вращения инструмента и детали - 8 - 20 мин, время обработки - 10 -60 с. При абразивной имитационной обработке использовалась инструментальная головка с четырьмя брусками, имеющими характеристики: 24А40ПС1К5А, 24А40ПСМ1КА, 24А10ПС1К5А, 24А10ПСМ1К5А. Подача инструментальной головки изменялась от 20 до 100 мм/мин, глубина резания - 0,02 - 0,3 мм, частота осцилляции брусков - 500 - 2000 дв.ход/мин, амплитуда осцилляции -0,1-1,5 мм, частота вращения изделия - 430 - 860 об/мин.

Контроль диаметрального съема металла осуществляли путем замера диаметра дорожки качения до и после обработки на приборе Д422М мик-рокаторными головками модели 1НГП ГОСТ 6933-88 с ценой деления 0,0005 мм. Замеры производили при постоянной температуре 20° С.

Шероховатость обработанных поверхностей и величину выпуклости

их профиля контролировали с помощью профилографа-профилометра «Поворотный Телисерф-4» путем анализа профилограмм, записанных с увеличением 20000 и 10000 соответственно.

Отклонения от круглости и волнистость обработанных дорожек качения определяли по круглограммам, записанным с помощью прибора «Талиронд» модели 51. Запись волнистости осуществляли с фильтром С, отклонений от круглости - с фильтром В при увеличении 5000, 10000, 20000. В ходе выполнения экспериментальных исследований осуществляли выборочный контроль микротвердости поверхности дорожек качения до и после безабразивной доводки. Измерение микротвердости производили на приборе модели ПМТ-3. Частоты вращения инструмента и заготовки, частота осцилляции брусков контролировались цифровым тахометром модели ТЦ-5. Этим же прибором фиксировалось время обработки. Изменение технологического угла скрещивания осей вращения производилось путем замены корпуса новым, имеющим требуемые параметры монтажных поверхностей. Исследования проводились по методике многофакторного планирования экспериментов с использованием ЭВМ.

В четвертой главе рассматривается формообразование рабочих поверхностей деталей подшипников в процессе их совместной имитационной доработки (патент № 2166678. F16C 33/64 ).

Сущность способа заключается в следующем.

Обкатываемые подшипники (рис.3), смонтированные на рабочем валу 1, устанавливают в отверстия внутренних колец 12 технологических подшипников и фиксируют в требуемом положении. Валу 1 вместе с внутренними кольцами 14 прикатываемых подшипников придают вращение вокруг оси 15 с частотой Посредством клинового ремня сообщают вращение полому валу 7 с частотой п„ вокруг оси 15, который с помощью шлицов на своих торцах 10 и торцах 11 внутренних колец технологических подшипников передает вращение внутренним кольцам технологических подшипников, вместе с которыми за счет сил трения, возникающих на поверхностях контакта, начинают вращаться наружные кольца 17 прикатываемых подшипников. В результате того, что наружные кольца 18 технологических подшипников установлены в корпусе 4 с наклоном и остаются в процессе работы неподвижными, их внутренние кольца 12, а значит и наружные кольца прикатываемых подшипников будут вращаться вокруг осей 5 в плоскости 19 перекоса. При этом ролик 20, двигаясь вдоль дорожек качания, в результате перекоса колец будет совершать качательные движения вокруг точки О. За один полный оборот ролик сделает одно качение. В процессе своего движения каждый ролик , попадая в плоскость расположения осей 5, 15 (плоскость чертежа) и находясь в верхнем положении, будет контактировать крайними точками правой части своей рабочей поверхности 21с крайними точками правой части рабочих поверхностей наружного и внутреннего колец. В этом положении удельное давление на контактной площадке достигает максимального значения. По мерс

качения ролика площадки контакта его рабочей поверхности и поверхностей дорожек качения наружного и внутреннего колец будут смещаться к

центру с одновременным уменьшением давления в зонах контакта. При попадании ролика в плоскость, перпендикулярную плоскости расположения осей 5,15, он будет контактировать точками средней части своей рабочей поверхности с точками середины рабочих поверхностей наружного и внутреннего колец. Удельное давление в зонах контакта снизится до минимального значения. По мере дальнейшего движения ролика его площадка контакта будет перемещаться от центра рабочей поверхности к ее левому краю с одновременным возрастанием удельного давления на ней. При прохождении роликом плоскости расположения осей 5, 15 в нижней части подшипника ролик будет контактировать крайними точками левой части своей рабочей поверхности с крайними точками левой части поверхностей 22,23 роликовых дорожек наружного и внутреннего колец. Далее полуцикл повторяется.

В результате принудительного вращения наружного и внутреннего колец обрабатываемых подшипников все точки рабочих поверхностей 21, 22, 23 их деталей будут периодически находиться во всех описанных положениях, произойдет обкатывание роликами дорожек качения 22, 23 с проскальзыванием и переменным давлением вдоль образующих роликов и роликовых дорожек. В местах наибольшего удельного давления будет обеспечиваться максимальный износ контактных поверхностей, по мере уменьшения удельного давления износ также будет уменьшаться. Наличие абразивной среды в зоне контакта будет способствовать интенсификации процесса.

В Г7 п я ♦

Рис. 3. Фрагмент сборочного чертежа устройства-

С целью определения технологических возможностей предлагаемого метода исследованы кинематические особенности контакта прирабатываемых поверхностей в процессе их сообкатывания друг с другом. Воспользовавшись вероятностным представлением о скорости абразивной частицы,

определили длины царапин оставленные абразивной частицей на

рабочих поверхностях, соответственно, внутреннего кольца и ролика:

(39)

где

Н„, Нр - твердости по Бринеллю рабочих поверхностей, соответственно внутреннего кольца и ролика; У0 - линейная скорость вращения центра О] ролика; У0] - осевая составляющая линейной скорости вращения роли-

ка вокруг собственной оси; СС.. - угол контакта рабочих поверхностей ро-

♦

лика и внутреннего кольца; - радиусы кривизны

Р\ + Рг

взаимодействующих поверхностей; - глубина внедрения абразив-

ной частицы в рабочие поверхности, соответственно, внутреннего кольца и ролика; R - условный объемный радиус абразивной частицы.

Зная параметры царапины, оставленной абразивной частицей на обрабатываемой поверхности, можно определить объем металла, удаляемый этой частицей в процессе обработки:

' Н12НрГ(к + 1,3)

где - радиус обрабатываемой поверхности; - длина образующей обрабатываемой поверхности; - частота вращения обрабатываемой поверхности; Г' • время обработки;^ - объемная концентрация абразивных частиц в абразивной среде; - максимальная высота микронеровностей сопрягаемых поверхностей; к - показатель степени расположения абразивных

у -<Г.-У.,со*ат-У.)

частиц; Гпв - —---

Деля полученные выражения на площадь обрабатываемой поверхности, подвергшейся воздействию со стороны абразивных зерен, определили величину линейного износа наружного и внутреннего колец и роликов подшипника:

УГ.

(40)

где 2р - количество роликов в роликоподшипнике; пр - частота вращения роликов вокруг рабочей поверхности колец; п„ - частота вращения наружного кольца; п« ■- частота вращения внутреннего кольца.

При этом изменение величины радиального зазора в роликоподшипнике можно определить по следующей формуле:

К +Л, А. = -—^—

(42)

В результате экспериментальных исследований получены эмпирические модели влияния режимных и временных факторов на значение радиального зазора в подшипнике (Л,), величину образующейся выпуклости дорожек качения наружного (5Н), внутреннего (8В) колец и роликов (5р), а также на величину их шероховатости

А, = ОД56л°,046л°,031г0'34*а0'5в2.

(43)

8М = 0,046л°,155и°'089г0,435£г0,3!4,

8,= 0,064«,°^.»в„0.089т0.4,9а0.33«>

8р = О,149п°,058и°,039г0,396а0,374.

Яан = 0,054л°,094и~0,088г'°,1П6а0,м, (48) Яа, = О,137л~0'058п°,031г~°,148а0'227,

■0,125 -0,063—-0,1 „0,034

(44)

Выполненные экспериментальные исследования подтвердили и дополнили основные теоретические положения. Экспериментально подтверждены предположения о высокой формообразующей способности исследуемого способа приработки роликоподшипников в собранном виде, который позволяет осуществлять рациональное профилирование деталей роликоподшипника. Экспериментально установлено, что исследуемый процесс обладает повышенной производительностью формообразования, которая значительно выше, чем у известных методов приработки подшипников в собранном виде. Установлено, что предлагаемый метод не только обеспечивает рациональную макрогеометрию роликоподшипника, но и позволяет формировать необходимые микрогеометрические параметры рабочих поверхностей его деталей. Изменение режимов приработки позволяет

управлять процессом износа рабочих поверхностей деталей роликоподшипника, а также формообразованием макро- и микрогеометрических параметров этих поверхностей. При этом происходит улучшение показателей волнистости и отклонений от круглости рабочих поверхностей деталей роликоподшипника. Вместе с тем существенного снижения виброактивности и шумности подшипника не отмечено.

В пятой главе исследован способ безабразивной обработки на стадии окончательного формообразования рабочих поверхностей колец роликоподшипников (патенты №2207943 С2, №2213652 С2).

Предложен способ имитационной безабразивной обработки (рис.4), при котором создают перекос оси вращения инструментальной обоймы 2 с сепаратором 4 и комплектом тел качения 3 относительно плоскости симметрии обрабатываемой поверхности заготовки 1 и сообщают им вращение. При этом инструментальная обойма 2 и тела качения 3 выполнены из материала повышенной твердости и соответствуют по форме и размерам кольцам и телам качения подшипника, деталь которого подвергается обработке. Угол перекоса а выбирают из условия обеспечения натяга между инструментом и заготовкой с учетом возможного угла перекоса колец подшипника в процессе его работы в реальном узле. Вращение инструментальной обоймы 2 осуществляют вокруг оси 5 вращения заготовки 1, так, что собственная ось 7 обоймы описывает конус с вершиной в центре симметрии 6 обрабатываемой поверхности.

Рис. 4. Схема способа имитационной безабразивной обработки дорожек качения колец роликоподшипников

Предлагаемый метод безабразивной доводки обеспечивает получение на обрабатываемой поверхности профиля с оптимальной геометрической формой, соответствующей той, которая формируется на рабочих поверхностях деталей подшипника в результате их приработки на начальном этапе эксплуатации, что способствует повышению долговечности подшипника. Это происходит потому, что инструмент для обработки, например,

дорожки качения внутреннего кольца подшипника по форме и размерам соответствует его наружному кольцу с сепаратором и комплектом тел качения. Угол перекоса инструментальной обоймы обеспечивает в процессе обработки необходимое давление инструмента на обрабатываемую поверхность и способствует возникновению проскальзывания контактирующих поверхностей, что приводит к интенсификации процесса удаления металла с обрабатываемой поверхности. Кроме того, наличие некоторого перекоса инструментальной обоймы обеспечивает процесс профилирования обрабатываемой поверхности, на которой образуется выпуклый профиль, позволяющий подшипнику надежно и без возникновения критических напряжений . работать в самом широком диапазоне условий эксплуатации, при различных углах перекоса колец, неизбежно возникающего при монтаже подшипников в узлы.'

В результате исследований закономерностей взаимодействия инструмента и заготовки было получено выражение для определения величины износа поверхности заготовки:

Q2-Í

8 -i ; ¿шНыСМ+Ь) "" "

где Опил - максимальное напряжение в центре площадки контакта

2)£ШОГ ,

JF(R,+R2) sin "■у 2dStRtS

(45)

(46)

-угол скрещивания осей вращения заготовки и инструментальной обоймы; 1 — длина образующей инструментального ролика, г - число роликов в инструментальной обойме.

Математическая обработка экспериментальных данных позволила получить функциональные зависимости точностных и качественных показателей обработки от ее режимов и длительности.

(47)

Полученные в результате экспериментальных исследований эмпирические модели осуществления безабразивной доводки дорожек качения колец роликоподшипников не противоречат теоретическим положениям, представленным в главе 2. Это говорит о корректности выполненных аналитических исследований механизма взаимодействия инструмента с обра-

батываемой поверхностью и возможности использования полученной аналитической модели в инженерных расчетах.

Как показали результаты экспериментальных исследований, имитационная безабразивная доводка позволяет обеспечить толщину снимаемого припуска в пределах 3 — 9 мкм в течение 10-60 секунд обработки. Это примерно соответствует толщинам металла, снимаемого в процессе суперфинишных операций. Решая полученную систему уравнений с помощью ЭВМ и сравнивая допустимые решения с оценочной функцией, определили рациональные режимы обработки: 1900 об/мин. При минимальных режимах безабразивной доводки можно обеспечить выпуклость роликовой дорожки в пределах 2 мкм. При этом увеличение технологического угла скрещивания с 8 до 20 минут дает возможность увеличить выпуклость дорожки качения в 1,5 раза.

В шестой главе приведены результаты исследования способа имитационной абразивной обработки (а.с.№ 1189666). Способ заключается в следующем. Абразивные бруски перед обработкой правятся на заданный диаметр обрабатываемой поверхности, при этом обрабатываемая заготовка и инструментальная головка имеют жесткое крепление. Инструменту и заготовке сообщается вращение друг относительно друга при сохранении неизменным в процессе обработки положения их осей (рис. 5). Обработка осуществляется за один рабочий ход, при котором снимается весь заданный припуск. Величина продольной подачи инструмента выбирается в определенной зависимости от припуска, причем с его увеличением продольная подача уменьшается. Кроме того, в процессе обработки инструменту сообщают дополнительное осциллирующее движение вдоль оси детали с определенными амплитудой и частотой колебаний.

А

Рис. 5. Схема процесса имитационной абразивной обработки. 1 - правящий инструмент; 2 — втулка; 3 — заготовка; 4 - абразивный брусок

Вследствие большого числа факторов, влияющих на образование поперечного профиля заготовки на предшествующих стадиях обработки, профиль получается случайным, со случайными размерами высот и шагов неровностей. В процессе обработки, ввиду случайности профиля заготовки, каждый абразивный брусок инструмента взаимодействует с обрабатываемой поверхностью на какой-то случайной глубине. Результирующая сила резания, действующая на инструмент в.радиальном направлении, получается переменной и это вызывает переменную упругую деформацию абразивного инструмента. Указанные обстоятельства могут усиливаться вследствие того, что сам абразивный инструмент может иметь неправильную геометрическую форму в поперечном сечении, а его центр может не совпадать с центром вращения заготовки (рис. 6).

Глубина резания ^ X—М бруском, отсчитанного от наиболее выступающего от центра инструмента бруска, является разницей радиусов инструмента и заготовки при угле

Рис. 6. Случайное положение поперечного сечения заготовки относительно инструмента

В этом случае профили заготовки и инструмента могут быть описаны рядом Фурье:

р

где г3, г„ - соответственно средние радиусы окружностей заготовки и инструмента; Акэ, Аки - соответственно случайные амплитуды неровностей к-х гармоник профиля заготовки и инструмента; р - предельная частота гармоник, составляющих профиль заготовки и инструмента; укэ, Уки - соответственно случайные фазовые углы к-х гармоник профиля заготовки и инструмента.

Радиальная сила резания Р(Х.), действующая на X—й брусок, равна:

Р(Я) = с/д=фв(Л/?)-Л,М. (49)

Результирующая сила резания Рр«, всеми брусками равна геометрической сумме проекций сил резания каждым бруском инструмента на оси ОХиОУ:

(50)

где п - количество брусков в инструменте; Рх(Х), Ру(Х) - проекции силы Р(Х.) на оси ОХ и ОУ соответственно.

Результирующая сила Рр« вызывает деформацию оси инструмента на величину:

где - жесткость крепления инструментальной головки в радиальном направлении.

Произведя математические преобразования (51) с учетом (48) и приравняв правые части преобразованных выражений (50) и (51), получили окончательное уравнение математической модели:

(51)

£ ^Ки^Си ^jAÍ^CJ +1 X! ^Ки^Ки ~ £ ^KjJJC,

*=[

к-2

IC-I

= — д/Д2 + А? -2AAl cosS, С

(52)

гдз Д - расстояние между центром профиля заготовки и осью инструмента в статическом положении; Jc, J, - соответственно коэффициенты синусов и косинусов. Значения коэффициентов определяются:

"( д \ X " f Л } X

Veos\2лх—у/к sin2;r— = JC Veos! 2ш—шк cos2?r— = JK. (53)

ti \ " J n tí ^ n ) n

Из выражения (52) можно найти зависимость величины перемещения Ai центра инструмента под действием погрешностей заготовки Ак,, инструмента Аки и погрешности Д взаимного расположения осей заготовки Оэ и инструмента 0„, с учетом жесткости резания С и жесткости крепления инструментальной головки j.

Произведен анализ полученных результатов при рассмотрении типичных случаев, встречающихся при имитационной абразивной обработке:

- центр инструмента имеет значительное начальное смещение Д относительно центра вращения заготовки;

- ось инструмента в статическом положении совпадает с центром вращения заготовки (Д = 0), но заготовка имеет погрешность профиля в виде преимущественной гармоники с частотой к;

- инструмент неподвижен, ось инструмента в статическом положении совпадает с осью заготовки, инструмент правится алмазным карандашом, закрепленным в шпинделе, но шпиндель имеет биение.

Числовые расчеты показали, что основное влияние на формирование геометрической формы поверхности оказывают смещение оси инструментальной головки относительно оси заготовки и соотношение числа абразивных брусков п и числа гармоник к в профиле заготовки. В результате анализа выявлено, что наибольшую точность обработки можно обеспечить, если жесткость крепления инструментальной головки выбрать максимальной, снизить жесткость резания и обеспечить правку абразивных брусков правящим инструментом, закрепленным на оси шпинделя изделия. В этом случае, при количестве брусков п>4, погрешность формы изделия не зависит от фазовых углов и величины биения шпинделя, а определяется только соотношением и величиной погрешности профиля заготовки.

По результатам экспериментов были получены зависимости точностных и качественных показателей обработки от ее режимов, а также твердости и зернистости абразивного инструмента:

Экспериментально подтверждены и дополнены положения расчетно-теоретических исследований. Установлено, что обработку внутренних цилиндрических поверхностей данным способом можно применять как заключительную операцию поверхностей высокой геометрической точности. Применение крупнозернистых абразивных брусков, при наложении на инструмент осциллирующих колебаний, позволяет снимать за один проход припуск на диаметр 0,3 мм, при этом исправляющая способность процесса возрастает.

Установлена корреляционная связь исходной волнистости х дорожек качения роликовых подшипников с выходной

Ух =0,038+0,158-х. (56)

Анализ выражения (56) показывает высокую исправляющую способность процесса - коэффициент исправления равен 0,842. Исследования точностных возможностей показали, что разработанный способ обеспечивает снижение волнистости в четыре раза, отклонения от круглости- в два раза, повышение производительности обработки за счет снижения машинного времени- в три раза по сравнению с существующей технологией обработки наружных колец роликовых подшипников № 2206.

В седьмой главе изложены практические рекомендации по промышленному использованию результатов выполненных исследований. Выполненные исследования показывают, что предлагаемая имитационная доработка подшипников в собранном виде может быть использована в качестве технологической операции в техпроцессе изготовления подшипников. Это становится возможным, так как время приработки указанным методом удалось снизить до уровня, сопоставимого с временем шлифования или суперфиниширования рабочих поверхностей деталей роликоподшипника. Кроме того, разработанное двухпозиционное устройство для осуществления предложенного способа позволяет автоматизировать процесс загрузки и выгрузки прирабатываемых подшипников, что делает возможным применение данного метода в серийном и крупносерийном производствах, при изготовлении высокоточных подшипников.

Высокий уровень универсальности и технологической гибкости предлагаемого метода ускоренной приработки обусловлен возможностью его применения для доработки не только роликовых, но и шариковых подшипников.

Важным элементом, обеспечивающим рациональное формообразование в процессе осуществления предлагаемого метода приработки подшипников в собранном виде, является технологический угол скрещивания осей вращения наружного и внутреннего колец. Ддя получения наиболее оптимальных, с точки зрения эксплуатации, геометрических параметров рабочих поверхностей колец и тел качения, этот угол необходимо устанавливать в зависимости от типа и типоразмера подшипника, его конструктивных особенностей, радиального зазора, а также от условий его эксплуатации в реальном узле.

„ Предлагаемый метод ускоренной приработки подшипников в собранном виде может быть использован и в области эксплуатации подшипников. Перед установкой стандартных подшипников в ответственные рабочие узлы они могут подвергаться такой приработке с целью повышения их эксплуатационных свойств.

Как показали исследования, способ безабразивной доводки за непродолжительное время обработки позволяет снимать с обрабатываемой поверхности припуски, соразмерные с припусками, удаляемыми при суперфинишировании. Кроме того, он обладает повышенными формообразую-

щими возможностями, что позволяет исправлять погрешности обработки, оставшиеся после предшествующей операции. Это дает возможность использовать данный метод на заключительной стадии обработки дорожек качения колец особо ответственных подшипников в качестве окончательной операции технологического процесса вместо суперфиниширования.

Повышенная стабильность получения геометрических параметров обработки достигается отсутствием в устройстве для безабразивной доводки дополнительного механизма, обеспечивающего давление инструмента на обрабатываемую поверхность. В данном случае рабочее усилие инструментальных роликов обеспечивается технологическим углом скрещивания осей вращения инструментальной обоймы и заготовки. Наличие технологического угла скрещивания осей обеспечивает определенный натяг в системе «инструмент- заготовка», который на начальной стадии доводки является максимальным и полностью выбирается в конце обработки. Это обеспечивает минимальный уровень разноразмерности обрабатываемой поверхности и повышенную стабильность формообразования.

Величина технологического угла скрещивания осей определяется исходя из максимально возможного эксплуатационного угла перекоса колец подшипника, деталь которого подвергается обработке. А сам инструмент представляет собой обойму и комплект тел качения, по форме и размерам соответствующие деталям подшипника, кольцо которого подвергается обработке. В этом заключается имитационный принцип построения схемы обработки, что обеспечивает формирование макро- и микрогеометрических параметров обрабатываемой поверхности, близких к эксплуатационным.

На основе результатов исследований разработана конструкция двух-позиционного промышленного устройства для имитационной безабразивной доводки дорожек качения колец роликоподшипников.

Способ имитационной абразивной обработки может быть использован в различных отраслях машиностроения (станкостроении, при обработке отверстий зубчатых колес и их блоков; подшипниковой промышленности, обработке дорожек роликовых подшипников; обработке отверстий деталей топливной аппаратуры и др.). При этом не требуется особого оборудования, обработку можно производить на модернизированных внутри-шлифовальных, хонинговальных и сверлильных станках.

Рациональная величина продольной подачи инструментальной головки при снятии больших припусков до 0,3 мм колеблется в пределах 4044 мм/мин, при уменьшении припуска на обработку необходимо пропорционально повышать продольную подачу инструментальной головки.

Совмещение осей правящих абразивных инструментов и оси вращения заготовки приводит к тому, что погрешности, вызванные неточностью взаимного положения абразивного инструмента и обрабатываемой поверхности, отсутствуют. Данное условие особенно важно при обработке деталей топливной аппаратуры и отверстий зубчатых колес.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе теоретических и экспериментальных исследований закономерностей взаимодействия инструмента и заготовки решена актуальная научно-техническая задача повышения качества изготовления роликовых подшипников путем применения имитационных технологий окончательного формообразования рабочих поверхностей их деталей.

2. Разработапы концептуальные положения создания имитационных технологий окончательной обработки рабочих поверхностей деталей подшипников, позволяющих обеспечивать формообразование, точностные и качественные параметры поверхностей, физико-механические свойства поверхностных слоев, близкие к эксплуатационным.

3. В результате исследований разработана математическая модель, раскрывающая механизм отделения металла с обрабатываемой поверхности при имитационной совместной доработке деталей подвижных сопряжений в абразивной среде и учитывающая деформацию микронеровностей дорабатываемых деталей, деформацию самих деталей, глубину царапины зерен на поверхности дорабатываемой поверхности с учетом возможности их разрушения.

4. Теоретически исследован радиальный износ поверхности при имитационной безабразивной доводке, с учетом работы силы трения, удельной внутренней энергии насыщения материала заготовки, физико-механических свойств материала, величины контактных напряжений, шероховатости и размеров заготовки и инструмента, формы площадки контакта. Установлено, что износ рабочей поверхности заготовки существенно зависит от соотношения величины тангенциальной силы сопротивления качения и силы трения скольжения.

5. Выявлен механизм исправления погрешностей геометрической формы поверхности при имитационной абразивной обработке, который учитывает перераспределение сил резания между абразивными брусками ввиду неровности припуска на обработку и вызванную этим упругую деформацию инструментальной головки, режущие свойства абразивного инструмента и состояние обрабатываемой поверхности. Установлено, что наибольшую точность обработки можно обеспечить, если жесткость крепления инструментальной головки выбрать максимальной, снизить жесткость резания и обеспечить правку абразивных брусков правящим инструментом, закрепленным на оси шпинделя изделия.

6. Разработаны и теоретически исследованы способы имитационной совместной и индивидуальной обработки деталей подшипников качения, обладающие повышенной производительностью и формообразующими возможностями.

7. Экспериментально исследованы способы имитационных технологий. Построены математические модели, которые определяют связь основ-

ных показателей эффективности и качества процесса обработки от технологических факторов. Определены рациональные режимы обработки.

8. Разработаны практические рекомендации и внедрены в производство имитационные технологии и устройства для их осуществления.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Королев А.В., Чихирев АЛ., Решетников М.К. Износ в условиях абразивного резания // Технология, организация и экономика машиностроительного производства: Сб. тр.- М.:НИИМаш, 1984.-№6.-С. 7-9.

2. Королев А.В., Чихирев АЛ., Решетников М.К. Анализ рациональной схемы осуществления абразивной обработки // Технология, организация и экономика машиностроительного производства: Сб. тр.- М.:НИИМаш, 1984.-№10.-С. 11-14.

3. Чихирев АЛ., Давиденко О.Ю., Решетников М.К. Результаты экспериментальных исследований способа размерного суперфиниширования желобов колец шарикоподшипников // Чистовая обработка деталей машин: Сб. тр.- Саратов: СГТУ, 1984.-С. 59-65.

4. Королев А.В., Белов Г.И., Решетников М.К. Механизм формирования поверхности изделия при абразивной обработки в условиях самозатачивания инструмента // Резание и инструмент: Сб. тр.- Харьков, 1985. - №34. - С. 101-105.

5. А.с. №1189666. Способ глубинного хонингования / А.В. Королев, Р.А. Березняк, М.К. Решетников // Бюл. изоб. -1985.- №41. ,

6. Королев В.В., Белов Г.И., Решетников М.К. Влияние условий правки абразивного инструмента на эффективность процесса исследования // Технология оборудования, организация и экономика машиностроительного производства. «Режущие инструменты»: Сб. тр. - М.: ВНИИТЭМР, 1986. - №8.- С. 1-8.

7. Королев А.В., Решетников М.К. Механизм образования технологической наследственности геометрической формы поверхности при глубинном хонинговании // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения: Сб.тр.- Саратов: СГТУ, 1993.-С. 37-43.

8. Королев А.В., Решетников М.К. Погрешности геометрической формы поверхности при различных способах хонингования // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения: Межвуз. науч. сб. - Саратов: СГТУ, 1995. - С. 64-69.

9. Технологическое обеспечение изготовления опор качения с рациональной геометрией контакта / А.В. Королев, О.Ю. Давиденко, М.К. Решетников, А.А. Королев. -Саратов: СГТУ, 1996. - 92 с. '

10. Новые прогрессивные технологии машиностроительного производства. Часть 4. Технология глубинного хонингования точных деталей / А.В. Королев, А.М. Чистяков, О.Ю. Давиденко, М.К. Решетников. - Саратов: СГТУ, 1997. - 92 с.

11.Давиденко О.Ю., Решетников М.К., Бочкарев П.Ю. Имитационные технологии окончательной обработки рабочих поверхностей прецизионных изделий // Фундаментальные и'прикладные исследования саратовских ученых для процветания России и Саратовской губернии: Материалы науч. конф. - Саратов: СГУ, 1999. - С. 97-99.

12.Давиденко О.Ю., Решетников М.К., Колесников М.А. Рациональное профилирование деталей подшипников качения на стадии имитационной доработки в собранном виде // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения: Межвуз. науч. сб. - Саратов: СГТУ, 2000. - С. 168 -179.

13. Давиденко О.Ю., Решетников М.К., Щекочихин С.А. Имитационная безабразивная обработка дорожек качения подшипников // Автоматизация и управление в ма-пшно- и приборостроении: Межвуз. науч. сб. - Саратов: СГТУ, 2001. - С. 66 - 69.

14.Давиденко О.Ю., РешеГ I н и е рациональной микрогеометрии деталей подш шой совместной

обработки // Новые технологии на железнодорожном транспорте и в образовании: Межвуз. науч. сб. - Саратов: СГУ, 2001.- С.94 -97.

15.Давиденко О.Ю., Решетников М.К., Колесников М.А. Технологические возможности имитационной доработки подшипников в собранном виде // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: Межвуз. науч. сб. - Саратов: СГТУ, 2001. -С. 62-65.

16. Давиденко О.Ю., Решетников М.К., Колесников МЛ. Время имитационной доработки подшипников в собранном виде как фактор оптимизации шероховатости рабочих поверхностей // Новые технологии на железнодорожном транспорте и в образовании: Межвуз. науч. сб. - Саратов: СГУ, 2001.- С.89 -94.

17. Давиденко О.Ю., Решетников М.К., Ломов Н.И. Технологические возможности имитационной безабразивной доводки дорожек качения подшипников // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы: Материалы Междунар. науч .конф. -Волжский: Волжск. ИСИ, 2001.- С. 195 - 198.

18. Давиденко О.Ю., Решетников М.К., Колесников М.А. Влияние технологических факторов процесса имитационной доработки подшипников в собранном виде на величину изменения радиального зазора // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения: Межвуз. науч. сб. - Саратов: СГТУ, 2001. - С. 163 - 172.

19. Гуськов В.Т., Давиденко О Ю, Решетников М.К. Механизм взаимодействия деталей в процессе формообразующей приработки подшипников // Транспорт, наука, техника, управление. - М.гВИНИТИ. - 2002. - №8. - С. 18 - 20.

20.Давиденко О.Ю., Решетников М.К., Капульник СИ. Формообразующая доработка подшипников качения в собранном виде // Прогрессивные технологии: Материалы Междунар. науч. конф. - Тольятти: ТГУ, 2002. - С.91 - 93.

21. Давиденко О.Ю., Решетников М.К. Имитационные технологии формообразования рабочих поверхностей деталей // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: Межвуз. науч. сб.- Саратов: СГТУ, 2002.-С.49 -51.

22. Влияние режимов имитационной доводки дорожек качения колец роликоподшипников на формообразование обрабатываемого профиля / О.Ю. Давиденко, М К. Решетников, Н.И. Ломов, П.Ю. Бочкарев // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы: Материалы Междунар. науч. конф. — Волжский: Волжск. ИСИ, 2001.- С.204 -207.

23. Давиденко О.Ю, Решетников М К. Имитационные технологии в производстве подшипников качения // Высокие технологии - путь к прогрессу: Сб. науч. тр. - Саратов: Научная книга, 2003. - С.235-238.

24. Решетников М.К.Стабильность формообразования профиля дорожек качения колец шарикоподшипников // Изв. вузов. Машиностроение. - 2003. - №9. - С. 28-30.

25. Решетников М.К. Имитационные технологии производства подшипников качения // Изв. вузов. Машиностроение. - 2003. - №10. - С. 71-77.

26. Решетников М К. Совместиая доработка деталей подшипников в собранном виде // Сборка в машиностроении и приборостроении. - 2003,- №8.- С.35 — 38.

27.Давиденко О.Ю., Решетников М.К. Формообразование рабочих поверхностей деталей подшипников в процессе их совместной имитационной доработки // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2003. - № 1. — С.96 - 108.

28. Давиденко О Ю., Решетников М.К. Имитационные технологии подшипникового производства. - Саратов: СГТУ, 2003. -146 с.

29. Патент № 2207943 С2, В 23Р9/02. Способ безабразивной обработки дорожек качения подшипников и устройство для его осуществления / О.Ю. Давиденко, С.А. Щекочихин, М.К. Решетников // Открытия. Изобретепия.-2003. - № 19.

30. Решение о вьщаче патента по заявке № 2001120809/28 (022072) от 24.07.2001 г. Способ доработки подшипников в собранном виде// OJO. Давиденко, М.А. Колесников, М.К. Решетников.

31. Патент № 2 213 652 С2, В 23Р9/02. Устройство для безабразивной доводки дорожек качения колец подшипников / О.Ю. Давиденко, Н.И. Ломов, М.К. Решетников// Открытия. Изобретения.-2003. - № 28.

32. Королев А.В., Решетников М.К. Механизм безабразивной доводки колец подшипников // Изв. вузов. Машиностроение. - 2004. - №7. - С. 54-64.

33. Королев А.В., Королев А.А., Решетников М.К. Имитационная технология обкаткой в абразивной среде // Вестник Саратовского государственного технического университета. -2004. - № 2. - С.66 - 81.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ИМИТАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРЕЦИЗИОННОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

РЕШЕТНИКОВ Михаил Константинович

Автореферат

Корректор ОА Панина

Лицензия ИД №06268 от 14.11.01

Подписано в печать 07.09.04 Бум. тип. Тираж 100 экз.

Усл. печ.л. 2,0 Заказ 346

Формат 60x841/16 Уч.-изд.л 2,0 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Копшгринтер СГТУ, 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77

IM 69 9Ö

Введение.

1.Технологические методы повышения работоспособности роликоподшипников

1.1 .Оптимизация внутренней геометрии роликоподшипников.

1.2.Безабразивная обработка деталей роликоподшипников

1.3.Формообразование рабочих поверхностей деталей подшипников на стадии их доработки в собранном виде.

1.4.Современные методы окончательной абразивной обработки.

1.5.Выводы и задачи проводимых исследований.

2.Разработка концепции имитационных методов формирования на рабочих поверхностях деталей подшипников рациональных макро- и мнкрогеометрнческих параметров.

2.1.Обоснование возможности создания имитационных технологий в подшипниковом производстве.

2.2.0собенности имитационной технологии обкаткой в абразивной среде.

2.3.Механизм безабразивной доводки колец подшипников.

2.4.Механизм взаимодействия инструмента и заготовки при имитационной абразивной обработке.

2.5.Вывод ы.

3.Методика проведения экспериментальных исследований и обработки опытных данных.

3.1. Объекты исследования, опытные установки, измерительные приборы и оборудование.

3.2. Методика обработки экспериментальных данных и построения эмпирических моделей.

3.3 Выводы.

4.Технологня имитационной ускоренной доработки детален подшипников в собранном виде.

4.1 .Способ имитационной доработки деталей подшипников в собранном виде.

4.2.Кинематика абразивной частицы в зазоре сопряжения.

4.3.Механизм отделения металла с поверхностей сопряженных деталей.

4.4.Анализ результатов исследования процесса формообразующей приработки подшипников в собранном виде.

4.5.Вывод ы.

5.Имитационная безабразивная доводка дорожек качения колец подшипников.

5.1. Способ имитационной безабразивной доводки деталей подшипников.

5.2. Математическая модель удаления припуска с обрабатываемой поверхности заготовки.

5.3. Анализ результатов аналитических исследований.

5.4.Исследование влияния режимов обработки на производительность удаления металла.

5.5.Исследования влияния режимов безабразивной доводки на формообразование профиля обрабатываемой поверхности.

5.6.Исследование влияния режимных факторов обработки на оборудование микро- и макрогеометрических параметров обрабатываемой поверхности.

5.7.0пределение рациональных режимов безабразивной доводки дорожек качения колец роликоподшипников.

5.8. Выводы.

6.Технология имитационной абразивной доводки дорожек качения колей подшипников.

6.1. Разработка способа имитационной абразивной обработки.

6.2. Механизм исправления погрешностей геометрической формы заготовки при имитационной абразивной обработке.

6.3. Анализ полученных результатов.

6.4. Влияние режимов процесса на геометрические показатели обработки.

6.5. Влияние характеристики инструмента и частоты вращения изделия на результаты обработки.

6.6.Выбор рациональных режимов процесса имитационной абразивной обработки.

6.7.Рассеивание показателей качества поверхности после имитационной абразивной обработки.

6.8. Выводы.

7,Область промышленного использовання имитационных технологии.

7.1.Имитационная доработка подшипников в собранном виде.

7.2.Имитационная безабразивная доводка рабочих поверхностей колец подшипников.

7.3.Имитационная абразивная обработка рабочих поверхностей колец подшипников.

7.4.Расчет экономической эффективности внедрения имитационной абразивной обработки.

7.5.Технико- экономическая эффективность выполненных исследований при эксплуатации роликоподшипников.

Актуальность работы. К точности и качеству изготовления деталей подшипниковых опор в машиностроении предъявляют наиболее высокие требования. Это связано с тем, что подшипники, установленные в узлы машин и приборов, работают в сложных контактных условиях, и от их работоспособности в значительной мере зависят надежность и долговечность машины в целом.

Практика эксплуатации подшипников качения показывает, что большинство из них, работая в различных механизмах, подвергаются нагрузкам, значения которых далеки от расчетных. Многообразие и случайный характер факторов, определяющих режимы работы таких механизмов, делают весьма проблематичным прогнозирование реальных условий, в которые попадут подшипники после их монтажа в конкретный рабочий узел, что в значительной степени затрудняет выполнение расчетов, связанных с оптимизацией геометрических параметров взаимодействующих поверхностей деталей.

Геометрические погрешности рабочих и монтажных поверхностей деталей подшипника, неточности изготовления посадочных поверхностей валов и корпусов машин и механизмов, температурные деформации, вызванные неравномерным нагревом отдельных деталей и их частей, прогибы валов и т.д. приводят к возникновению эксплуатационных перекосов, которые способствуют ускоренному выходу подшипника из строя.

Особенно чувствительны к эксплуатационным перекосам подшипники роликовой группы, имеющие прямолинейные образующие рабочих поверхностей колец и роликов. Такие подшипники при эксплуатации в условиях, близких к идеальным, обладают повышенной контактной жесткостью и несущей способностью, что весьма важно для работы шпиндельных узлов прецизионного оборудования. Однако возникновение малейшей несоосности посадочных поверхностей снижает долговечность таких подшипников в десятки раз.

Вместе с тем в подшипнике, равно как и в любом другом подвижном сопряжении, в начальный период эксплуатации наблюдается интенсивный локальный износ рабочих поверхностей деталей, связанный с процессом приработки. В этот период контактирующие поверхности стремятся приобрести геометрическую форму и шероховатость, в наибольшей степени соответствующие конкретным условиям эксплуатации.

Процесс приработки требует затрат значительного количества энергии, сопровождается возникновением повышенных контактных напряжений, а также выделением большого количества тепла, что может явиться причиной протекания термических процессов в поверхностном слое металла, снижающих его физико-механические свойства. Значения контактных напряжений приближаются к критическим в тех местах взаимодействующих поверхностей, где необходимо удалить наиболее значительный слой металла, чтобы их геометрическая форма была оптимальной для данных условий.

Если в процессе изготовления деталей были получены геометрические параметры их рабочих поверхностей, далекие от требуемых для конкретных условий работы этих деталей в узле, то в период приработки из-за возникновения на некоторых участках профиля критических контактных напряжений взаимодействующие поверхности могут разрушиться, и изделия быстро выйдут из строя. С другой стороны, если на стадии изготовления обеспечена геометрическая форма профиля деталей, близкая к эксплуатационной, то процесс приработки будет осуществляться в более благоприятных условиях и закончится в более короткий период времени, а значит, работоспособность этих изделий будет высокой.

Таким образом, важнейшей задачей технологов является создание таких технологий изготовления ответственных изделий, которые обеспечивали бы точностные и качественные параметры рабочих поверхностей, наиболее соответствующие эксплуатационным. Очевидно, что теоретический поиск оптимальных конструкций профилей деталей подшипников, равно как и других подвижных сопряжений, без учета технологических возможностей современного оборудования малоэффективен. Это связано с тем, что рациональные геометрические параметры рабочих поверхностей определяются целым комплексом контактных условий, которые в силу действия в каждом конкретном рабочем узле большого количества случайных факторов различны. Кроме того, любое направленное прецизионное профилирование обрабатываемых поверхностей режущими инструментами сопряжено с большими технологическими трудностями и требует создания специальных / технологий, технологических методов и оборудования, что не всегда оправдано экономически.

На наш взгляд, наиболее целесообразно создавать такие технологические методы обработки, которые позволяли бы автоматически получать геометрические параметры обрабатываемых поверхностей, близкие к эксплуатационным. На кафедре «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета разработан и внедрен в производство целый ряд таких технологий, предназначенных для изготовления подшипников качения. Эти технологии названы имитационными, так как в процессе обработки рабочих поверхностей движение инструмента имитирует движение деталей, сопряженных с данными поверхностями при работе в сборочной единице [1].

Высокая эффективность имитационных технологий подтверждена результатами стендовых и эксплуатационных испытаний подшипников на долговечность. Подшипники, изготовленные с использованием имитационных технологий многобрускового суперфиниширования, оказались в 3-6 раз долговечней, чем подшипники, изготовленные по стандартным технологиям.

Таким образом, данное направление совершенствования технологических процессов изготовления деталей подвижных сопряжений позволяет в значительной мере решить проблему повышения надежности и долговечности машин и механизмов, повысить их уровень конкурентоспособности на отечественном и мировом рынках.

Цель работы - разработка технологических основ создания имитационных технологий прецизионного формообразования рабочих поверхностей деталей подшипников качения.

Научная новизна. На основании комплексных теоретических и экспериментальных исследований, внедрения их результатов в производство решена актуальная научная проблема, связанная с созданием теоретических и технологических основ прецизионного формообразования рабочих поверхностей деталей подшипников качения методами имитационных технологий.

Наиболее существенными научными результатами являются следующие:

1. Разработаны концептуальные положения создания имитационных технологий окончательной обработки рабочих поверхностей деталей подшипников, позволяющих обеспечивать формообразование, точностные и качественные параметры поверхностей, физико-механические свойства поверхностных слоев, близкие к эксплуатационным.

2. Исследованы закономерности отделения металла с обрабатываемой поверхности при имитационной совместной доработке деталей подвижных сопряжений в абразивной среде, учитывающие деформацию микронеровностей дорабатываемых деталей, деформацию самих деталей, глубину царапины зерен на дорабатываемой поверхности с учетом возможности их разрушения.

3. Теоретически исследован радиальный износ поверхности при имитационной безабразивной доводке, с учетом работы силы трения, удельной внутренней энергии насыщения материала заготовки, физико-механических свойств материала, величины контактных напряжений, шероховатости и размеров заготовки и инструмента, формы площадки контакта.

4. Установлен механизм исправления погрешностей геометрической формы поверхности при имитационной абразивной обработке, который учитывает перераспределение сил резания между абразивными брусками ввиду неравномерности припуска на обработку и вызванную этим упругую деформацию инструментальной головки, режущие свойства абразивного инструмента и состояние обрабатываемой поверхности.

5. Предложены и обоснованы способы имитационных технологий обработки деталей подшипников качения, обладающие повышенной производительностью и формообразующими возможностями.

6. Экспериментально исследованы способы имитационных технологий, получены их математические модели, учитывающие многообразие режимных факторов, продолжительность обработки, характеристику инструмента.

Практическая ценность и реализация работы. На основе выявленных закономерностей формообразования обрабатываемых поверхностей предложены имитационные технологии, позволяющие формировать рациональные макро- и микрогеометрические параметры на рабочих поверхностях деталей подшипников качения. Разработаны способы имитационной совместной и индивидуальной обработки деталей подшипников, обладающие повышенными производительностью и формообразующими возможностями. Имитационные технологии и устройства для их осуществления использованы для изготовления технологического оборудования на ФГУП ПО «Бином», ОАО «Саратовский машиностроительный завод «Элеватормельмаш», ФГУП «Саратовский агрегатный завод», ОАО «Саратовский завод «Серп и молот». Технологии имитационной доработки подшипников в собранном виде и имитационной безабразивной доводки деталей подшипников, а также рекомендации по их наиболее эффективному использованию переданы для внедрения в ОАО «Саратовский подшипниковый завод» и Саратовское научно-производственное предприятие нестандартных изделий машиностроения. и

Реализация результатов исследований позволила получить общий экономический эффект 173894 рубля.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на: Всесоюзной конференции «Инструмент -84», Москва, 1984 г. ; Республиканском семинаре «Технологическое обеспечение профильной алмазно-абразивной обработки», г.Пенза, 1984 г.; Всесоюзной школе молодых ученых «Проблемы оптимизации в машиностроении», г. Харьков, 1986 г. ; 4-й Международной конференции «Точность технологических и транспортных систем», г. Пенза, 1998 г. ; Республиканской конференции «Современные технологии в машиностроении», г. Пенза, 1999 г. ; Научной конференции с международным участием «Фундаментальные и прикладные исследования саратовских ученых для процветания России и Саратовской губернии», г.Саратов, 1999 г.; 7-й Международной конференции « Комплексное обеспечение показателей качества транспортных и технологических машин», г. Пенза, 2001 г. ; Международной конференции «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы», г.Волжский, 2001 г.; Всероссийской конференции с международным участием «Прогрессивные технологии»,г.Тольятти,2002г; а также на заседаниях кафедры «Технология машиностроения» и ежегодных научно-технических конференциях СГТУ в 1984 -2003 годах.

Публикации. По материалам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 45 печатных работ, в том числе три монографии, три патента и авторское свидетельство.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Концептуальные положения создания имитационных технологий окончательной обработки рабочих поверхностей деталей подшипников, позволяющих обеспечивать формообразование, точностные и качественные параметры поверхностей, физико-механические свойства поверхностных слоев, близкие к эксплуатационным.

2. Закономерности отделения металла с обрабатываемой поверхности при имитационной совместной доработке деталей подвижных сопряжения в абразивной среде, учитывающие деформацию микронеровностей дорабатываемых деталей, деформацию самих деталей, глубину царапины зерен на дорабатываемой поверхности с учетом возможности их разрушения.

3. Результаты теоретических исследований радиального износа поверхности при имитационной безабразивной доводке, с учетом работы силы трения, удельной внутренней энергии насыщения материала заготовки, физико-механических свойств материала, величины контактных напряжений, шероховатости и размеров заготовки и инструмента, формы площадки контакта.

4.Механизм исправления погрешностей геометрической формы поверхности при имитационной абразивной обработке, который учитывает перераспределение сил резания между абразивными брусками ввиду неравномерности припуска на обработку и вызванную этим упругую деформацию инструментальной головки, режущие свойства абразивного инструмента и состояние обрабатываемой поверхности.

5. Способы имитационной обработки деталей подшипников качения, обладающие повышенной производительностью и формообразующими возможностями.

6. Результаты экспериментальных исследований влияния технологических факторов различных имитационных технологий на производительность обработки и геометрические параметры рабочих поверхностей деталей роликоподшипников.

7. Результаты использования имитационных процессов и устройств для их осуществления в производстве.

23х = 6-ук-сгх =6-1,196-0,0936 = 0,61 мкм. ВЫВОДЫ

1. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили решить поставленную задачу - повышения производительности и геометрической точности обработки внутренних цилиндрических поверхностей деталей.

2. Разработан и исследован способ имитационной абразивной обработки внутренних цилиндрических поверхностей. Установлено, что имитационной абразивной обработки в результате малой продольной подачи инструмента и прерывистого контакта абразивных брусков с деталью обеспечивает низкую шероховатость поверхности, обладает высокой исправляющей способностью. Это позволяет использовать исследуемый процесс в качестве окончательной обработки ответственных поверхностей деталей.

3. Построена математическая модель механизма образования технологической наследственности геометрической формы поверхности детали при имитационной абразивной обработки, которая впервые учитывает перераспределение силы резания между абразивными брусками ввиду неравномерности припуска на обработку и вызванную этим упругую деформацию инструментальной головки. Показано влияние на формирование геометрической формы поверхности жесткости резания, которая учитывает режущие свойства абразивного инструмента и состояние обрабатываемой поверхности.

4. Исследованы закономерности, отражающие влияние основных технологических факторов на результаты обработки: производительность, геометрическую точность детали, шероховатость обработанной поверхности.

Установлено, что имитационная абразивная обработка сочетает в себе положительные свойства как предварительной, так и окончательной обработки и позволяет при высокой производительности снятия припуска обеспечить требуемые геометрическую точность и качество обработанной поверхности детали. Это открывает перспективу широкого применения данного процесса в машиностроении.

5. Исследования, проведенные на экспериментальной установке, позволили определить оптимальные режимы осуществления процесса имитационной абразивной обработки. При обработке внутренних цилиндрических поверхностей деталей на проход по шестому квалитету точности и шероховатости обработанной поверхности R^ = 0,10 мкм оптимальными режимами обработки следует считать следующие: t = 0,3 мм;

S = 44 мм/мин.; пи = 430 об/мин.; зернистость абразивных брусков 3 = 250 мкм.

7. ОБЛАСТЬ ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИМИТАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

7Л.Имитацио11ная доработка подшипников в собранном виде

Подшипники качения широко используются во многих узлах машин и механизмов, и от работоспособности подшипников в узле во многом зависит долговечность и надежность работы машины в целом.

Как показывает практика, качество изготовления подшипников качения, которыми комплектуется продукция машиностроения, в значительной мере определяет конкурентоспособность отечественных изделий на мировом рынке. Однако стандартные технологии изготовления подшипников, в том числе и роликовых, не всегда обеспечивают необходимые точностные и качественные показатели, которые окончательно формируются на заключительных операциях технологического процесса механической обработки.

Вместе с тем известно, что значительно повысить качество изготовления подшипников позволяет применение методов приработки в собранном виде. В идеале эти методы должны обеспечивать оптимальную внутреннюю геометрию подшипника, которую невозможно получить другими способами. Однако известные способы приработки малопроизводительны, громоздки, трудны в осуществлении и практически не пригодны для использования в промышленном производстве.

Предлагаемый авторами метод лишен указанных недостатков и может быть с успехом использован как в сфере производства подшипников качения, так и в области их эксплуатации.

Представленные в данной работе результаты исследований позволили расширить технологические возможности методов приработки подшипников в собранном виде в направлении повышения производительности, формообразующих возможностей, универсальности и технологической гибкости.

Выполненные исследования показывают, что предлагаемый метод приработки может быть использован в качестве технологической операции в техпроцессе изготовления подшипников. Это становится возможным, так как время приработки указанным методом удалось снизить до уровня, сопоставимого с временем шлифования или суперфиниширования рабочих поверхностей деталей роликоподшипника. Кроме того, разработанное двухпозиционное устройство для осуществления предложенного способа позволяет автоматизировать процесс загрузки и выгрузки прирабатываемых подшипников, что делает возможным применение данного метода в серийном и крупносерийном производствах, при изготовлении высокоточных подшипников.

Высокий уровень универсальности и технологической гибкости предлагаемого метода ускоренной приработки обусловлен возможностью его применения для доработки не только роликовых, но и шариковых подшипников.

Важным элементом, обеспечивающим рациональное формообразование в процессе осуществления предлагаемого метода приработки подшипников в собранном виде, является технологический угол скрещивания осей вращения наружного и внутреннего колец. Для получения наиболее оптимальных, с точки зрения эксплуатации, геометрических параметров рабочих поверхностей колец и тел качения, этот угол необходимо устанавливать равным максимально возможному углу перекоса колец подшипника данного типоразмера при его эксплуатации в реальном узле. В этом случае формируемый на рабочих поверхностях деталей подшипника профиль будет пригоден для работы в самом широком диапазоне условий эксплуатации подшипников. Таким образом, величина технологического угла скрещивания будет зависеть от типа и типоразмера подшипника, его конструктивных особенностей, радиального зазора, а также от условий его эксплуатации в реальном узле.

Для расчета величины технологического угла скрещивания при осуществлении ускоренной приработки подшипников в собранном виде можно воспользоваться рекомендациями, изложенными в работах [112-115].

Как отмечалось ранее, предлагаемый метод ускоренной приработки подшипников в собранном виде может быть использован и в области эксплуатации подшипников. Перед установкой стандартных подшипников в ответственные рабочие узлы они могут подвергаться такой приработке с целью повышения их эксплуатационных свойств. Для этого может быть использовано предложенное в работе устройство, смонтированное на любом технологическом оборудовании. Так, на рис. 7.1 представлена установка для приработки роликоподшипников в собранном виде, полученная в результате простейшей модернизации заточного станка мод. ЗМ 642.

После промывки приработанные подшипники готовы к эксплуатации. При этом в результате оптимизации внутренней геометрии их долговечность, как следует из многочисленных работ [1-5 и др.], может повыситься от 2 до 6 раз.

7.2. Имитационная безабразивная доводка рабочих поверхностей колец подшипников

Ранее отмечалось, что долговечность и надежность работы подшипников качения во многом определяется качеством изготовления рабочих поверхностей их деталей. В настоящее время окончательное формирование точностных и качественных параметров дорожек качения осуществляется на шлифовальных или суперфинишных операциях технологического процесса механической обработки.

Процесс традиционного суперфиниширования в значительной степени позволяет обеспечить требуемые технологические параметры обрабатываемых

Рис. 7.1. Установка для ускоренной приработки роликоподшипников в собранном виде на базе заточного станка мод. ЗМ 642 поверхностей, однако получение этих параметров носит нестабильный характер, а сам процесс формообразования является трудноуправляемым. При этом практически невозможно осуществить рациональное профилирование обрабатываемой поверхности, то есть придать профилю обрабатываемой дорожки качения такую геометрическую форму, которая была бы близка форме, образующейся в результате эксплуатации подшипника в реальных условиях. Несоответствие обеспеченных в процессе изготовления геометрических параметров рабочих поверхностей деталей подшипника эксплуатационным приводит к значительному снижению долговечности опоры.

Вместе с тем, как отмечается в работе [116], при обработке металлов финишные операции наиболее трудоемки и дороги. Использование при этом абразива разупрочняет поверхностную структуру и снижает усталостную прочность изделий. Применение притирочных паст, лент, войлока и других подобных материалов приводит к резкому ухудшению условий труда, экологическому загрязнению и пожароопасности.

Кроме того, как отмечалось ранее, после абразивной обработки на обрабатываемой поверхности остаются вкрапления абразивных зерен, которые в процессе эксплуатации деталей попадают в смазку и способствуют повышенному абразивному износу их рабочих поверхностей, а оставшиеся на поверхности вмятины и лунки становятся источниками усталостных разрушений, что также приводит к быстрому выходу изделия из строя.

Предложенный и исследованный авторами способ имитационной безабразивной доводки дорожек качения колец подшипников [117-121] лишен указанных недостатков.

Как показали исследования, данный способ доводки за непродолжительное время обработки позволяет снимать с обрабатываемой поверхности припуски, соразмерные с припусками, удаляемыми при суперфинишировании. Кроме того, он обладает повышенными формообразующими возможностями, что позволяет исправлять погрешности обработки, оставшиеся после предшествующей операции. Это дает возможность использовать данный метод на заключительной стадии обработки дорожек качения колец особо ответственных подшипников в качестве окончательной операции технологического процесса вместо суперфиниширования.

Повышенная стабильность получения геометрических параметров обработки достигается отсутствием в устройстве для безабразивной доводки дополнительного механизма, обеспечивающего давление инструмента на обрабатываемую поверхность. В данном случае рабочее усилие инструментальных роликов обеспечивается технологическим углом скрещивания осей вращения инструментальной обоймы и заготовки. Наличие технологического угла скрещивания осей обеспечивает определенный натяг в системе «инструмент- заготовка», который на начальной стадии доводки является максимальным и полностью выбирается в конце обработки. Это обеспечивает минимальный уровень разно-размерности обрабатываемой поверхности и повышенную стабильность формообразования.

Величина технологического угла скрещивания осей определяется исходя из максимально возможного эксплуатационного угла перекоса колец подшипника, деталь которого подвергается обработке. А сам инструмент представляет собой обойму и комплект тел качения, по форме и размерам соответствующие деталям подшипника, кольцо которого подвергается обработке. Таким образом, внутренние кольца подшипника определенного типоразмера обрабатываются инструментальной обоймой и комплектом инструментальных роликов, представляющих собой наружное кольцо с сепаратором и роликами этого же подшипника. В этом заключается имитационный принцип построения схемы обработки, что обеспечивает формирование макро- и микрогеометрических параметров обрабатываемой поверхности, близких к эксплуатационным.

Для повышения производительности обработки в работе предложено двухпозиционное промышленное устройство [117], схема которого представлена на рис. 7.2.

Данное устройство состоит из расположенных соосно двух шпинделей изделия 6, 11 и инструментальной головки 1. Инструментальная головка содержит полый вал 10 с клиновым ручьем 19, расположенный в корпусе 15 на соосных подшипниковых опорах 14. На концах полого вала 10 наклонно установлены инструментальные обоймы 9,16с сепаратором 7 и комплектом тел качения 8 так, что оси симметрии 3, 17 инструментальных обойм 9, 16 пересекаются в плоскости симметрии 13 полого вала 10.

Принцип работы предложенного устройства следующий. Обрабатываемые заготовки 4, установленные в шпинделях изделия 6, помещают в рабочую

Рис. 7.2. Двухпозиционное устройство для безабразивной обработки дорожек качения подшипников зону инструментальных обойм 9, 16, обеспечивая контакт с телами качения 8, и придают вращение вокруг оси 18 с частотой пи. Посредством клинового ремня 12, помещенного в клиновой ручей 19, сообщают вращение полому валу 10 вместе с инструментальными обоймами 9, 16 с частотой пг вокруг оси 18. В результате того, что инструментальные обоймы 19 установлены на концах полого вала 10 с наклоном и вращаются вместе с ним вокруг горизонтальной оси 18, пятно контакта каждого инструментального ролика 8 будет перемещаться от одного края обрабатываемой поверхности к другому. При этом будет формироваться выпуклый профиль обрабатываемой поверхности, по своим геометрическим параметрам близкий к тому, который формируется на рабочих поверхностях деталей подшипника в процессе его эксплуатации. Профилограммы получаемых профилей обработанной дорожки качения внутреннего кольца роликоподшипника 42305 представлены на рис. 7.3. in England

••г 8

25Ш

Чт 1

ЛМАЬЕ 4N- ENGUANO

35-

-i

ТП

V .

1 с •х ■' »

I Y

J

L+M-

Г • к

-г- п а— 10 мин а= 30 мин

Рис. 7.3. Профилограммы дорожки качения внутреннего кольца роликоподшипника 42305 после имитационной безабразивной доводки

Недостатком устройства, представленного на рис. 7.2, является то, что оно может быть использовано только для обработки дорожек качения внутренних колец подшипников. Поэтому разработано промышленное устройство для доводки дорожек качения наружных колец подшипников, представленное на рис. 7.4.

Оно работает следующим образом. Инструментальные обоймы 6, 7 с сепаратором 12 и телами качения 13, установленные в инструментальных шпинделях 8, 9, помещают в рабочую зону обрабатываемых заготовок 6, 7, обеспечивая контакт с телами качения 13, и придают вращение вокруг оси 21с частотой пи. Посредством клинового ремня 22, помещенного в клиновой ручей 3, сообщают вращение полому валу 2 вместе с заготовками 6, 7 с частотой п3 вокруг оси 21. При этом сепаратор 12 с комплектом инструментальных роликов 13 в результате действия сил трения тоже получит вращение с частотой, отличной от частоты вращения пи инструментальных обойм 10,11. В результате того, что инструментальные обоймы 10,11 установлены на концах инструментальных шпинделей 8,9 с наклоном и вращаются вокруг горизонтальной оси 21, пятно контакта каждого инструментального ролика 13, вращающегося вместе с сепаратором 12, будет перемещаться от одного края обрабатываемой поверхности к другому

Рис. 7.4. Устройство для имитационной безабразивной обработки наружных колец подшипников

В результате принудительного вращения заготовок 6,7 и инструментальных обойм 10,11 вместе с сепаратором 12 и комплектом роликов 13 с различными частотами произойдет обкатывание роликами 13 обрабатываемой поверхности заготовок 6,7 с проскальзыванием и переменным давлением вдоль

Рис. 7.5. Модернизированный токарно-винторезный станок, используемый для имитационной безабразивной доводки дорожек качения внутренних колец роликоподшипников образующей обрабатываемых поверхностей. В местах наибольшего удельного давления будет обеспечиваться максимальное удаление металла с обрабатываемой поверхности, по мере уменьшения удельного давления удаление металла также будет уменьшаться. Создание регулярного микрорельефа на рабочих поверхностях роликов 13 будет способствовать интенсификации процесса отделения металла. В конце обработки в результате образования на обрабатываемой поверхности заготовок 6,7 выпуклого профиля ролики 13 будут обкатывать обрабатываемую поверхность с равномерным удельным давлением во всех точках профиля.

Как показали выполненные исследования, предложенная технология имитационной безабразивной доводки может быть использована как заключительная стадия обработки дорожек качения колец роликоподшипников.

Данную технологию целесообразно использовать при изготовлении особо ответственных подшипников, работающих в сложных эксплуатационных условиях.

Используя разработанные авторами устройства для имитационной безабразивной доводки дорожек качения, можно легко модернизировать любое металлорежущее оборудование. Так, на рис. 7.5 представлена фотография модернизированного токарно-винторезного станка, который может быть использован для безабразивной доводки дорожек качения внутренних колец особо ответственных подшипников.

7.3. Имитационная абразивная обработка рабочих поверхностей колец подшипников.

Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований имитационной абразивной обработки дорожек роликоподшипников могут быть использованы в различных отраслях машиностроения (станкостроение, при обработке отверстий зубчатых колес и их блоков; обработка отверстий деталей топливной аппаратуры и др.). При этом не требуется особого оборудования, обработку можно производить на модернизированных внутришлифоваль-ных, хонинговальных и сверлильных станках.

Основные технологические возможности данного способа , выявленные в процессе исследований, показали, что этот процесс целесообразно применять при обработке внутренних поверхностей за один рабочий ход крупнозернистыми брусками, которые подвергаются правке правящим инструментом, настроенным на диаметр обрабатываемой поверхности, при снятии припуска на диаметр до 0,3 мм.

Оптимальная величина продольной подачи инструментальной головки при снятии больших припусков колеблется в пределах 40-44 мм/мин.

При уменьшении припуска на обработку необходимо пропорционально повышать продольную подачу инструментальной головки.

Совмещение осей правящих абразивных инструментов и оси вращения заготовки приводит к тому, что погрешности, вызванные неточностью взаимного положения абразивного инструмента и обрабатываемой поверхности, отсутствуют. Данное условие особенно важно при обработке деталей топливной аппаратуры и отверстий зубчатых колес.

Пример практического использования имитационной абразивной обработки внутренних цилиндрических поверхностей показан на рис. 6.1.

Перед началом обработки правящий инструмент 1 (алмазный карандаш) настраивается на диаметр D и закрепляется в передней части установочно-зажимного приспособления 2. С противоположной стороны приспособления устанавливаются заготовки 3. Абразивные бруски 4 инструментальной головки раздвигаются на диаметр, больше заданного диаметра D на величину слоя абразива, который необходимо снять в процессе правки. В процессе обработки правящий инструмент 1 и заготовки 3 вращаются вокруг оси приспособления 2, а инструментальная головка получает медленное вращение вдоль этой оси. При этом абразивные бруски 4 сначала подвергаются правке на заданный диаметр D, а затем, вступая в контакт с поверхностью заготовки 3, осуществляют их обработку на заданный диаметр.

Так как оси правящего инструмента 1, абразивного инструмента 4 и заготовок 3 в данном случае специально совмещены, то погрешности формы поперечного сечения и разноразмерность деталей получаются минимальными и зависят исключительно лишь от жесткости заготовок в приспособлении и диаметральной жесткости абразивного инструмента.

Возможны и другие схемы осуществления способа имитационной абразивной обработки с тем же эффектом.

Правящий инструмент 1 и заготовки 3, установленные в приспособлении 2, в процесс обработки остаются неподвижными, а инструментальную головку с абразивными брусками 4 вращают и сообщают ей поступательное движение вдоль оси вращения, при этом бруски подвергаются правке на заданный диаметр и обрабатывают поверхность заготовки. Такая схема приемлема при обработке громоздких корпусных заготовок.

Технико-экономическая эффективность имитационной абразивной обработки заключается в следующем:

1. Повышение производительности обработки за счет ликвидации отделочных операций шлифования, суперфиниширования, ликвидации точной и трудоемкой наладки оси абразивного инструмента относительно оси изделия, а также в результате того, что диаметр абразивного инструмента, а следовательно условия обработки сохраняются неизменными.

2. Повышение точности формы поперечного сечения обработанной поверхности за счет строгого совмещения осей абразивного инструмента и заготовки.

3. Резкое снижение разноразмерности обработанных деталей, так как на протяжении длительного времени (пока не износится правящий инструмент) диаметр абразивного инструмента сохраняется постоянным.

7.4. Расчет экономической эффективности внедрения имитационной абразивной обработки

Расчет экономической эффективности ведется для обработки наружных колец радиальных роликоподшипников № 2206 на станке JI3-154 по методике, изложенной в работе /51/. Для определения экономической эффективности данного способа нет необходимости производить сравнение всех без исключения статей расхода, образующих полную себестоимость детали. Достаточно ограничиться расчетом и анализом технологической себестоимости, представляющей собой только сумму тех издержек, которые непосредственно связаны с данным вариантом технологического процесса.

Эффективность процесса обусловлена повышением производительности за счет увеличения интенсивности съема металла и сокращения, тем самым, машинного времени, за счет ликвидации операций окончательного шлифования и суперфиниширования и увеличения процента выхода годных деталей. Благодаря использованию этого способа обработки производительность по сравнению с существующей технологией возросла в 3 раза.

При расчете использовали данные первичного бухгалтерского учета, представленные в табл. 7.1.

Расчет годового экономического эффекта от внедрения нового варианта обработки производили по формуле /51/: где Э - годовой экономический эффект;

Зь Зг — приведенные затраты единицы продукции, производимой при использовании базового и нового вариантов;

Аг - годовой объем производства продукции с помощью нового варианта в натуральных единицах.

Определение годового экономического эффекта основывается на сопоставлении приведенных затрат по базовой и новой технике. Приведенные затраты представляют собой сумму себестоимости и нормативной прибыли /51/: где С - себестоимость единицы продукции; к - удельные капитальные вложения;

Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (в расчетах используется единый нормативный коэффициент Ен=0,15).

Для расчета всех затрат определим затраты на заработную плату, на электроэнергию, на амортизацию оборудования, на ремонт оборудования, на капитальные вложения.

7.1)

3 = С + Ен-к,

7.2)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе теоретических и экспериментальных исследований закономерностей взаимодействия инструмента и заготовки решена актуальная научно-техническая задача повышения качества изготовления роликовых подшипников путем применения имитационных технологий окончательного формообразования рабочих поверхностей их деталей.

2. Разработаны концептуальные положения создания имитационных технологий окончательной обработки рабочих поверхностей деталей подшипников, позволяющих обеспечивать формообразование, точностные и качественные параметры поверхностей, физико-механические свойства поверхностных слоев, близкие к эксплуатационным.

3. В результате исследований разработана математическая модель, раскрывающая механизм отделения металла с обрабатываемой поверхности при имитационной совместной доработке деталей подвижных сопряжений в абразивной среде и учитывающая деформацию микронеровностей дорабатываемых деталей, деформацию самих деталей, глубину царапины зерен на поверхности дорабатываемой поверхности с учетом возможности их разрушения.

4. Теоретически исследован радиальный износ поверхности при имитационной безабразивной доводке, с учетом работы силы трения, удельной внутренней энергии насыщения материала заготовки, физико-механических свойств материала, величины контактных напряжений, шероховатости и размеров заготовки и инструмента, формы площадки контакта. Установлено, что износ рабочей поверхности заготовки существенно зависит от соотношения величины тангенциальной силы сопротивления качения и силы трения скольжения.

5. Выявлен механизм исправления погрешностей геометрической формы поверхности при имитационной абразивной обработке, который учитывает перераспределение сил резания между абразивными брусками ввиду неровности припуска на обработку и вызванную этим упругую деформацию инструментальной головки, режущие свойства абразивного инструмента и состояние обрабатываемой поверхности. Установлено, что наибольшую точность обработки можно обеспечить, если жесткость крепления инструментальной головки выбрать максимальной, снизить жесткость резания и обеспечить правку абразивных брусков правящим инструментом, закрепленным на оси шпинделя изделия.

6. Разработаны и теоретически исследованы способы имитационной совместной и индивидуальной обработки деталей подшипников качения, обладающие повышенной производительностью и формообразующими возможностями.

7. Экспериментально исследованы способы имитационных технологий. Построены математические модели, которые определяют связь основных показателей эффективности и качества процесса обработки от технологических факторов. Определены рациональные режимы обработки.

8. Разработаны практические рекомендации и внедрены в производство имитационные технологии и устройства для их осуществления.

311

1. Едигарян Ф.С. Долговечность и предельные контактные напряжения в подшипниках в связи с видами разрушения их рабочих поверхно-стей//Повышение износостойкости и срока службы машин: Сб. статей. — Киев, 1966.- С. 29-36.

2. Рещиков В.Ф. Трение и износ тяжелонагруженных передач. М.: Машиностроение, 1975.-412 с.

3. Трубин Г.К. Контактная усталость материалов для зубчатых колес. М.: Машгиз, 1962.-386 с.

4. Костецкий Б.И. Трение, смазка и износ в машинах. — Киев: Техника, 1970.-489 с.

5. Качанов Н.Н. О характере и природе разрушения рабочих поверхностей деталей подшипников/ЛГруды института ВНИПП.-М.: 1973.- №3.- С. 2832.

6. Эрлих Л.Б. Элементы теории и механизм контактных разрушений// Вестник машиностроения. 1973.- №1.- С. 12-16.

7. Пинегин С.В. и др. Влияние внешних факторов на контактную прочность при качении. -М.: Наука, 1972.- 287 с.

8. Брозголь И.М. Влияние доводки желобов колец на качество подшипников// Обзор. М.: НИИНАвтопром, 1973.- С.46-52.

9. Герасимова Н.Н. Влияние шероховатости на контактную выносливость и долговечность подшипников// Труды института ВНИПП.-М., 1966.- №4. -С. 18-22.

10. Зыков Е.И., Китаев В.И. и др. Повышение надежности и долговечности роликоподшипников. М.: Машиностроение, 1979.-212 с.

11. Маркус Л.И. Исследование поверхностного упрочнения подшипниковых колец методом алмазного выглаживания: Дис. .канд. техн. наук: 05.02.08. М., 1968.- 138 с.

12. Торбило В.М. Исследование качества и износостойкости поверхности, выглаженной алмазными инструментами: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 02.05.08.- М., 1966.- 17 с.

13. Шнейдер Ю.Г. Холодная бесштамповая обработка металлов давлением. -Л.: Машиностроение, 1967.- 286 с.

14. Sayles R.S., Poon S.Y. Sunfase topography and nolling clement vibrations // Pres. Eng. 1981. - vol.3. - №3. - P. 137 - 144.

15. Рязанов A.B. Исследование процесса бесцентрового суперфиниширования цилиндрических деталей: Дис. .канд. техн. наук: 05.02.08. Саратов, 1973.- 156 с.23,24,25,26