автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологическое обеспечение качества сферических головок шаровых пальцев обкаткой бессепараторным инструментом

На правах рукописи

КАТУНИН АНДРЕИ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА СФЕРИЧЕСКИХ ГОЛОВОК ШАРОВЫХ ПАЛЬЦЕВ ОБКАТКОЙ БЕССЕПАРАТОРНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

д 8 июа м®

Орел - 2009

003472788

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет».

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор, Степанов Юрий Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Федоров Владимир Павлович

кандидат технических наук Коренев Владислав Николаевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Московский государственный технический университет "МАМИ"»

Защита состоится «30» июня 2009 г. в 14— часов на заседании диссертационного совета Д 212.182.06 при ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет» по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет».

Автореферат разослан «29» мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Ю.В. Василенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современной технике существует большая группа деталей, конструктивным элементом которых является неполная сферическая поверхность (НСП): шаровые пальцы автомобильных шаровых шарниров, наконечники рулевых тяг, сферические вкладыши бойков механизмов ударного действия, шариковые подпятники, сферические наконечники штоков, стойки со сферическими головками сферических соединений рычажных механизмов, штоки клапанных механизмов со сферическими головками и другие.

Наиболее характерным представителем деталей этой группы является автомобильный шаровой палец, который входит в состав шаровых шарниров -наиболее ответственных узлов подвески современных автомобилей, определяющих безопасность их эксплуатации. Ежегодные объемы производства автомобильных шаровых пальцев исчисляются десятками миллионов штук в год.

В последнее время в качестве окончательной операции обработки головки шарового пальца получила распространение отделочно-упрочняющая обкатка. Благодаря своей кинематической схеме она является одним из немногих способов, позволяющих обрабатывать НСП с высокой точностью. Для её реализации используются инструменты сепараторного типа с деформирующими телами в виде шариков или роликов, обладающие, наряду с достоинствами (надежность, высокая стойкость, низкая себестоимость изготовления) радом недостатков, основным из которых является малое количество рабочих элементов, что негативно сказывается на качестве и производительности процесса.

Существующие методики расчета параметров шероховатости сферических поверхностей при обкатывании весьма приблизительны, поскольку не учитывают реальной частоты вращения деформирующих шариков, а, следовательно, и реальной величины круговой подачи.

Несмотря на успешные результаты российских и зарубежных исследователей в области поверхностного пластического деформирования металлов (ППД), широкое применение данного метода для обработки неполных сфер сдерживается из-за отсутствия научно обоснованных методик определения параметров процесса обкатки и качества получаемых деталей.

Повышение качества НСП обкаткой может быть достигнуто посредством применения технологии, использующей прогрессивные многошариковые бессепараторные обкатники, содержащие максимальное число деформирующих элементов. Для её реализации необходимо соответствующее технологическое обеспечение. Поэтому разработка высокопроизводительной технологической оснастки, новых способов обработки, новых методик расчета параметров процесса обкатки и характеристик качества формируемых сферических поверхностей является весьма актуальной темой.

Целью работы является обеспечение требуемых значений параметров ка-

чества поверхностного слоя неполных сферических головок шаровых пальцев при отделочно-упрочняющем обкатывании бессепараторным инструментом.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработать математическую модель составляющей профиля шероховатости, обусловленной геометрией и кинематикой перемещения инструмента, учитывающую особенности процесса отделочно-упрочняющего обкатывания НСП многошариковым бессепараторным инструментом;

2. Разработать методику расчета припуска под обкатывание неполной сферы;

3. Разработать методику расчета круговой подачи заготовки при отде-лочно-упрочняющей обкатке НСП бессепараторным инструментом, с учетом реальной частоты вращения деформирующих шариков;

4. Разработать инструментальную и технологическую оснастку для реализации отделочно-упрочняющей обкатки многошариковым бессепараторным обкатником на универсальном оборудовании.

5. Провести экспериментальное исследование влияния технологических факторов на параметры качества поверхностного слоя неполной сферической головки шарового пальца в процессе её обкатки многошариковым бессепараторным инструментом;

6. Разработать новый способ отделочно-упрочняющей обкатки НСП, позволяющий уменьшить кратность обработки полюсной зоны неполной сферы без снижения производительности.

7. Разработать методику объёмного моделирования процесса обкатки НСП многошариковым бессепараторным обкатником на основе программного комплекса БЕРСЖМ-ЗО, для определения характеристик физического состояния поверхностного слоя.

Объектом исследования является процесс отделочно-упрочняющего обкатывания НСП многошариковым бессепараторным обкатником.

Предметом исследования являются параметры технологического процесса отделочно-упрочняющего бессепараторного обкатывания шариками и качества поверхностного слоя неполных сферических головок шаровых пальцев.

Методы исследования:

• методы планирования эксперимента;

• методы статистического анализа;

• методы анализа с применением прикладного программного обеспечения МаШСАО 13 и МБ Ехе12007;

• численный метод решения интегральных уравнений;

• метод математического моделирования с использованием программного комплекса БЕРОЯМ-ЗО.

Научная новизна. Разработана математическая модель составляющей профиля шероховатости, обусловленной геометрией и кинематикой перемещения инструмента при бессепараторном отделочно-упрочняющем обкатывании неполных сферических поверхностей, в виде уравнения, позволяющего учесть влияние основных технологических параметров процесса: частоты вращения инструмента и заготовки, диаметра обкатываемой сферы, количества, частоты вращения и диаметра деформирующих элементов, на шероховатость формируемой поверхности.

Установлена взаимосвязь параметров процесса предшествующей обработки фрезерованием: круговой подачи заготовки, радиуса при вершине режущей пластины, диаметра заготовки и исходной шероховатости с величиной припуска под обкатывание неполной сферической поверхности, описываемая дифференциальным уравнением, численное решение которого позволяет назначать исполнительный размер детали при предварительной лезвийной обработке и определять диаметр готовой детали после обкатывания.

Установлено, что при отделочно-упрочняющем обкатывании в рациональном диапазоне режимов: частота вращения инструмента 630...1000 об/мин, частота вращения заготовки 6...8 об/мин, сила обкатывания 200...700 Н, наиболее значимым параметром является частота вращения инструмента.

Достоверность результатов, полученных в ходе экспериментальных исследований, подтверждается применением научно обоснованной методики планирования эксперимента и обработки полученных данных, поверенного лабораторного оборудования и контрольно-измерительных устройств.

Достоверность результатов теоретических исследований подтверждается обоснованным использованием фундаментальных зависимостей, допущений и ограничений, корректностью постановки задачи математического моделирования, применением современных математических методов и средств вычислительной техники. Качественные и количественные результаты согласуются с данными экспериментальных исследований, проведенных в широком диапазоне технологических режимов отделочно-упрочняющей бессепараторной обкатки НСП.

Автор защищает:

1. Математическую модель составляющей профиля шероховатости, обусловленной геометрией и кинематикой перемещения инструмента, при обкатке НСП бессепараторным инструментом.

2. Методику расчета припуска под обкатывание, учитывающую высоту неровностей профиля, формируемую на предшествующей операции фрезерования.

3. Методику расчета круговой подачи заготовки с учетом реальной частоты вращения деформирующих шариков и математическую зависимость для её определения.

4. Методику объёмного моделирования процесса обкатки неполных сферических поверхностей многошариковым бессепараторным обкатпиком на основе программного комплекса ПЕРСЖМ-ЗО, а также эмпирическую зависимость эквивалентного напряжения в полюсной части сферы от технологических факторов.

5. Инструментальную и технологическую оснастку для реализации отде-лочно-упрочняющей обкатки многошариковым бессепараторным обкатником на универсальном оборудовании.

6. Результаты экспериментальных исследований влияния технологических факторов на параметры качества неполной сферической головки шарового пальца в процессе её обкатки многошариковым бессепараторным инструментом и эмпирические зависимости по определению среднего арифметического отклонения профиля шероховатости НСП.

7. Новый способ отделочно-упрочняющей обкатки НСП, позволяющий уменьшить кратность обработки полюсной зоны сферы без снижения производительности.

Практическая ценность и реализация работы:

На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований:

• установлено, что применение бессепараторного обкатывания позволяет получать высокие характеристики качества поверхностного слоя неполных сфер (шероховатость Яа = 0,16...0,19 мкм и отклонение от сферичности не более 5 мкм) за счет значительного увеличения количества деформирующих элементов обкатного инструмента и рационального выбора режимов обкатки на основе полученных уравнений взаимосвязи параметров качества с условиями обработки;

• разработана научно обоснованная методика расчета средней высоты профиля шероховатости НСП при отделочно-упрчняющем обкатывании многошариковым бессепараторным инструментом;

• разработана методика расчета припуска под отделочно-упрочняющее обкатывание, учитывающая исходную шероховатость, формируемую на предшествующей операции;

• разработаны инструментальная и технологическая оснастка для реализации отделочно-упрочняющей обкатки многошариковым бессепараторным обкатником на универсальном оборудовании.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международном симпозиуме «Гидродинамическая теория смазки -120 лет» (г. Орел, 2006 г.), на УШ-ой Международной научно-технической конференции "Фундаментальные и Прикладные проблемы технологии машиностроения" - "Технология - 2007" (г. Орел, 2007), У-ой Международной научно-практической интернет-конференции "Энерго- и ресурсосбережение - XXI век", У1-ой Всероссийской научно-практической конференции «Применение ИПИ -технологий в производстве» (г. Москва, 2008 г.), 1Х-ой Международной научно-

техническая конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения" - "Технология - 2008" (г. Тель-Авив, Израиль), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ОрелГТУ в 2006-2009 г. г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ и получен патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 116 наименований и приложений. Общий объем работы составляет 177 страниц, включает 86 рисунков, 33 таблицы и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, приведены цель работы, положения выносимые автором на защиту, научная новизна, методы исследования, обоснована достоверность полученных результатов, определена практическая ценность, представлены данные об апробации работы, публикациях, структуре и объёме диссертации.

Первая глава посвящена изучению теоретических и экспериментальных исследований существующих способов обкатки НСП, устройств и инструментов для их реализации.

Отмечен вклад в теорию и технологию обкатки неполных сферических поверхностей А.И. Голембиевского, И.Г. Гуна, Е.Г. Коновалова, И.А. Михайловского, В.А. Сидоренко, А.И. Фломенблита, H.H. Яцевича и других.

Для определения направления дальнейшего совершенствования процесса отделочно-упрочняющей обработки НСП выполнены обобщение и систематизация известных способов обкатки (рисунок 1). Установлено, что большинство из них разработаны с целью уменьшения числа прокатываний деформирующих тел через полюсную часть неполной сферы и улучшения качества обкатки НСП. Это достигается за счет добавления к основным движениям инструмента и заготовки, присущим всем способам обкатки, дополнительных движений заготовки и инструмента, совершаемых по определенным правилам.

Обзор существующих публикаций показал, что широкое применение отделочно-упрочняющей обработки НСП сдерживается из-за отсутствия научно обоснованных методик определения параметров процесса обкатки, качества получаемых поверхностей и компьютерного трехмерного моделирования процесса обкатки сферы.

На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследования.

Рисунок 1 - Способы отделочно-упрочняющей обкатки неполных сферических

поверхностей

Вторая глава посвящена разработке методик расчета высоты профиля шероховатости и припуска под обкатывание НСП при отделочно-упрочняющей обработке бессепараторным инструментом.

Проведен кинематический анализ процесса (рисунок 2), и на его основе предложена зависимость для определения частоты вращения деформирующих шариков вокруг оси головки 2Х\

где с1ш - диаметр деформирующего шарика, (1С - диаметр неполной сферы, п„ -частота вращения инструмента (обкатника).

Зависимость (1) не учитывает влияние силового фактора и проскальзывания шариков, поэтому реальная частота вращения шариков определяется по формуле:

"«» (2)

где ■ к2 - коэффициент замедления;

, (<*ш+гс) „

к, ---кинематическии коэффициент;

к2 =0,83...0,99- эмпирический коэффициент, учитывающий действие силового фактора и проскальзывание.

Установлено, что для характеристики отделочно-упрочняющей обкатки НСП могут быть применены следующие виды подачи: 5, -круговая подача детали на один оборот инструмента в /-том сечении, перпендикулярном оси неполной сферы, (мм/об):

п..

(3)

и - круговая подача детали на шарик за один его оборот вокруг оси обкатной головки в /-том сечении, перпендикулярном оси неполной сферы, (мм/об на 1 шар):

или

(4)

Рисунок 2 - Кинематическая схема процесса обкатки

где: й, - диаметр рассматриваемого /-того кругового сечения обкатываемой НСП плоскостью, перпендикулярной оси шарового пальца; 2 -число деформирующих шариков в обкатной головке.

При обкатывании сферической головки многошариковым бессепараторным обкатником высота исходных микронеровностей Яг исх уменьшается и образуется новый микрорельеф с шероховатостью Яг, зависящей от условий обработки (рисунок 3).

Средняя высота профиля шероховатости в общем случае определяется равенством:

Яг =/г1+/г2+Л3+й4, (5)

где И] - составляющая профи- д,

ля шероховатости, обусловленная геометрией и кинематикой перемещения рабочей части инструмента; к2 - составляющая профиля шероховатости, обусловленная колебаниями инструмента относительно обрабатываемой поверхности; И3 - составляющая профиля шероховатости, обусловленная пластическими деформациями в зоне контакта инструмента и заготовки; Ь4 - состав- Рисунок 3-Схема отделочно-упрочняющей ляющая профиля шероховатости, обкатки сферической поверхности обусловленная шероховатостью рабочих поверхностей инструмента.

Обкатка сферы, в основном, осуществляется за один оборот заготовки,

вместе с тем, в зависимости от требований к качеству, она может выполгатьс за 1,5-2 оборота. В связи с этим, в работе получены две математические модел по определению составляющей высоты неровностей профиля А, при обкатке з один и за два оборота заготовки.

Исходными данными для раз работки математических моделей со ставляющей профиля шероховатосп профиля неполной сферической го ловки шарового пальца являются радиус заготовки г3, радиус получае мой сферы гс, радиус деформирую щих шариков гш, и величина круго вой подачи на шарик 5„„.

На рисунке 4 представлен обобщенная расчетная схема после довательного формирования состав ляющей профиля шероховатости А на экваториальной части, образую щейся в результате обкатывай НСП шариками при первом (А;) втором {А/ ■) оборотах заготовки.

Пунктирной линией показаны положения двух соседних шариков обкат ника при первичном обкатывании сферы во время первого оборота заготовки центры которых обозначены О, и 0[. Основной линией показано положени деформирующего шарика с центром в точке 02при вторичном обкатывании в время второго оборота заготовки.

Математическая модель величины составляющей профиля шероховатое: И,, формируемой на поверхности сферы в экваториальной части после за оди оборот заготовки:

' ' Я___180

Рисунок 4 - Расчетная схема последовательного формирования составляющих профиля шероховатости

Ь=Г.

1

г; . , -180

-—ят -

г! 2-к-г,

+ Г.

1-С08-

2 • к • г,

(6

где

:й-п

датах ■

к -пи- г сферы.

После подстановки (4) в (6):

-- максимальная подача на шарик в экваториальной част

Ь-'ш м-,1

+ге) п„ -к2

+ Г 1-С08

Ысп1-{с1и1+с1с)-90

•(7

Математическая модель величины составляющей профиля шероховатост

к, \ формируемой на поверхности сферы в экваториальной части за два оборота заготовки:

Для решения задачи по определению припуска под обкатывание, равного изменению диаметра сферы в процессе пластического деформирования были сделаны следующие допущения:

• профиль впадин исходного микропрофиля совпадает с радиусом при вершине резца;

• обкатанная поверхность является идеально гладкой по сравнению с исходной фрезерованной, так как при обкатке высота неровностей уменьшается в 10 и более раз;

• объём металла деформируемой вершины выступа микронеровности равен объёму металла заполняющего впадину исходного профиля.

Расчетная схема к решению указанной задачи представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Схема к расчегу величины припуска В ходе решения рассматриваемой задачи было составлено интегральное уравнение вида:

45 -(¿.,+<иЧ-л,

+ Гс1 1-С08

х-гсоъ/З

( л- вт/М 1

О

где К = <г,+г-Е1юу (гг - АЛ) сояГ180'5

2 г. -г

1 у Л I ¿ 4, V

Решение данного интегрального уравнения получено в численном вид Оно позволяет назначать исполнительный размер детали при предварительн лезвийной обработке и определять диаметр готовой детали после обкатывания.

На рисунке 6а показаны графики зависимости припуска под обкатывай от подачи при предшествующем фрезеровании головками, оснащенными сме ными многогранными пластинами (СМП) с радиусами при вершине г = 0,8; 1, 1,6; 2,4 мм.

Рисунок 6 - Зависимость припуска под обкатывание от подачи (а) и исходной шероховатости (б) при различных г

Установлено, что величина подачи и радиуса при вершине инструмента, также соответствующая им величина высоты неровностей профиля поверхн сти, формируемой при предшествующей обработке, в значительной мере опр деляют изменение диаметра сферы, получаемого после обкатывания.

На рисунке 66 показаны графики зависимости изменения припуска по обкатывание от исходной шероховатости, полученной при фрезеровании, графиков видно, что чем больше величина Кг, формируемая на предшествующе операции и меньше радиус при вершине сменной режущей пластины, тем бол ше величина изменения диаметра сферы при обкатывании.

Установлена взаимосвязь между величиной припуска под обкатывали {АО), радиусом получаемой сферы гс, подачей величиной Яг и радиусом ве шины г СМП при предшествующем обкатыванию фрезеровании для следующ го диапазона параметров: гс = 27...32,7мм, г = 0,8...2,4мм, 5 = 0,1 ...0,8 мм/зу Кг «а = 0,8...2мкм:

о 2,011

ДО = 0,1927-¡¡£г-йг; (Ю)

гс г-

0,99 р

АО = 125,0465-5^2=-. (11)

гс '

В третьей главе на базе программного комплекса ОЕТОЯМ-ЗО разработана методика моделирования и исследования процесса обкатки НСП бессепараторным многошариковым обкатником.

В основе методики лежит расчет объёмного напряженно-деформированного состояния металла заготовки методом конечных элементов.

Основными элементами предлагаемой методики моделирования и исследования являются:

• создание геометрических трехмерных моделей заготовки шарового пальца и инструмента (обкатника) в системе 30 моделирования и их импортирование в программный комплекс ОЕРСЖМ-ЗО;

• задание граничных условий;

• задание кинематических параметров элементов технологической схемы процесса обкатки (инструмента и заготовки);

• создание предварительного натяга между головкой обкатываемой неполной сферы шарового пальца и инструментом (обкатником);

• планирование и проведение вычислительных экспериментов для установления взаимосвязи физических характеристик поверхностного слоя обкатываемой неполной сферической головки шарового и технологических факторов.

На рисунке 7 представлены результаты моделирования процесса обкатки неполных сферических поверхностей бессепараторным многошариковым обкатником.

На основе вычислительных экспериментов установлена взаимосвязь эквивалентного напряжения оЗКЕ в полюсной части сферы и условий обработки:

о*зкв = 6,179-#£•«" - •г0-'38-Р0'185 ■ К°-т, МПа (12)

где пи - частота вращения инструмента (обкатника) (630... 1200 об/мин);

п3 - частота вращения заготовки (6...8 об/мин);

г - количество деформирующих шариков (6... 15 шт);

Р - сила обкатывания (200... 1000 Н);

К - количество полных оборотов заготовки (1..2).

Рисунок 7 - Распределение деформаций по поверхности неполной сферы

Уравнение показывает, что наибольшее влияние на величину эквивалент! ного напряжения стэкв полюсе оказывает частота вращения обкатника, а наи! меньшее - частота вращения заготовки.

Расчетные значения озкв сравниваются с допускаемым напряжением [а]:

(13,

В четвертой главе разработаны инструментальная и технологическая ос; настка для реализации отделочно-упрочняющей обкатки многошариковым бес сепараторным обкатником на универсальном оборудовании.

Определено, что наиболее целесообразной предварительной операцией является фрезерование НСП головки шарового пальца, выполняемое по той же кинематической схеме, что и последующая обкатка. Это обеспечивает получение регулярного микрорельефа, который благоприятно сказывается на его В последующем пластическом деформировании.

При реализации процесса предвари- Рисунок 8 - Установка для обкатки тельного фрезерования головки шарового головки шарового пальца: пальца в качестве инструмента применялась станок 6Р82,

1 2- шпиндель оокатнта; 3 - заготовка;

двухрезцовая фрезерная ГОЛОВКа СО СМеННЫ- 4 — приводная головка

ми многогранными пластинами. В состав экспериментальной установки (рису

нок 8) входят: горизонтально-фрезерный станок модели 6Р82 и приводная го

ловка, оснащенная малогабаритным преобразователем частоты переменного то1

ка Е2-М1М, позволяющим осуществлять регулировку частоты вращения обра;

батываемой заготовки шарового пальца в широких пределах.

Обкатка осуществлялась специально спроектированным бессепараторньш многошариковым самоустанавливающимся обкатником (рисунок 9), которьн! устанавливался на специальный шпиндель. Регулировка силы обкатывани осуществлялась за счет изменения жесткости пружины регулировочным вин том. Для определенных положений регулировочного винта выполнялось тарировка пружины, что позволяло контролировать усилие обкатывания.

Принципиальное отличив процесса обкатывания НСП, иссле1 дуемого в данной работе, состоит, применении бессепараторного мно гошарикового обкатника.

Его главное достоинство за-] ключается в том, что обеспечивается четырёхкратное, по сравнению сепараторными обкатниками, увеличение количества деформирующих тел ка

Рисунок 9 - Шпиндель обкатника:

]-о6катник, 2 - винт, 3 - шток, 4 — корпус, 5 - пружина, 6 - регулировочный винт

чения, одновременно контактирующих с обрабатываемой сферической поверхностью. Именно это обстоятельство позволяет повысить качество получаемых головок шаровых пальцев и производительность процесса.

В пятой главе проведено экспериментальное исследование по установлению функциональной взаимосвязи между шероховатостью обкатанной неполной сферической головки шаровых пальцев диаметром 032,7 мм из стали 38ХГНМ, стали 40Х и технологическими факторами процесса обкатки. В качестве основных факторов, оказывающих влияние на шероховатость обкатываемой неполной сферы головки шарового пальца, принимались: частоты вращения обкатника и заготовки шарового пальца, а также сила обкатывания.

Измерение шероховатости обкатанных заготовок, на экваториальной части сферы, осуществлялось с помощью профилографа-профилометра "Абрис-ПМ7".

После обработки результатов экспериментов были получены эмпирические уравнения взаимосвязи шероховатости и технологических факторов при обкатке заготовок:

из стали 38ХГНМ:

из стали 40Х:

(14)

^ = (15)

Полученные уравнения показывают, что при отделочно-упрочняющем обкатывании наибольшее влияние на параметр Я„ оказывает частота вращения инструмента, затем сила обкатывания и менее всего влияет частота вращения заготовки.

Поскольку, фактором, способствующим быстрому появлению начального зазора в шарнире, может явиться отклонение от сферичности головки шарового пальца, в работе было выполнено исследование точности формы головок шаровых пальцев после обкатки,

Выполнение операции обкатки и предшествующей ей операции фрезерования по одной и той же кинематической схеме, является необходимым условием получения качественных НСП. Измерения показали, что отклонение от сферичности обкатанных головок шаровых пальцев не превышает пяти микрометров.

Выполнялось исследование влияния технологических факторов процесса отделочно-упрочняющей обкатки на микротвердость обкатываемой головки шарового пальца. На рисунке 10 показаны результаты распределения микротвердости по глубине наклепанного слоя, полученные на микрошлифах головок шаровых пальцев из стали 38ХГНМ и стали 40Х.

290 260 270 260 250 240 230

.....

за:

-экезюри&гъиая часть

1,5 2 Ь. •

■•—»она -ледового среза

н\ли

340 330 320 310

зоа

290 280 270 260 250 240

- \

\\

к

О 0,5 1

г- полюсная часть экваториальная честь -

1,? 2 Ь, мм

—зона терцового ерем

а)

б)

Рисунок 10 - Графики распределения твердости по глубиие:

а) для образцов ю стали 38ХГНМ'; 6) для образцов из стали 40Х

Характер изменения микротвердости по глубине идентичен дяя двух обрабатываемых материалов. При одинаковых условиях обкатки микротвёрдость микрошлифов головок из стали 40Х несколько выше, чем у головок из стали 38ХГНМ.

Шестая глава посвящена расширению технологических возможностей метода обкатки неполных сферических поверхностей.

В ходе выполнения большого количества экспериментов по обкатке неполных сферических головок шаровых пальцев за один, два и даже три оборота, в диапазоне изменения параметров, применявшемся в эксперименте, не было установлено ни одного факта шелушения или отслаивания металла в полюсной часта сферы. Вместе с тем, когда сила обкатывания намеренно значительно увеличивалась (более 1200 Н), по сравнению с оптимальной (700 Н), а число оборотов заготовки пальца доводилось до четырех-шести, то можно было наблюдать заметное ухудшение шероховатости полюсной части сферической головки.

Предотвращение возможного излишнего деформирования металла полюсной части неполной сферы из-за высокой кратности обработки, выравнивание степени пластической деформации различных её участков, улучшение качества обкатываемой поверхности, является важной и актуальной задачей.

Для расширения технологиче- Рисунок 11-Схема нового способа обкатки ских возможностей метода холодного неполных сферических поверхностей поверхностного пластического деформирования и решения рассматриваемой задачи разработан новый способ обкатки неполных сферических поверхностей,

позволяющий уменьшить кратность обработки полюсной части неполной сферы без уменьшения производительности, на который получен патент РФ N2276005.

По предлагаемому способу (рисунок 11) заготовке 1 сообщается вращательное движение V, относительно собственной продольной оси, деформирующему инструменту 3, сообщают вращательное движение вокруг собственной оси со скоростью Уи, значительно превышающей скорость вращения заготовки У3. Деформирующие элементы обкатника (шарики) вначале описывают на поверхности неполной сферы окружность, плоскость которой смещена относительно центра обрабатываемой сферической поверхности заготовки на величину к и упрочняют полоску материала по окружности, проходящей через точки Асф и [)сф (начальная зона упрочнения), охватывая все параллели сферической головки. В результате вращения заготовки зона упрочнения последовательно переносится на всю неполную сферическую поверхность.

С целью предотвращения излишнего деформирования, сопровождающегося разрыхлением и ухудшением шероховатости сферы в полюсной части, заготовке пальца сообщают дополнительные возвратно-вращательные движения относительно центра обрабатываемой сферической поверхности на угол ¿1=8° в горизонтальной плоскости, осуществляемые с помощью поворотного стола, на который установлена обкатная головка, при этом центр обрабатываемой сферы совпадает с вертикальной осью вращения поворотного стола.

Указанные движения заготовки уменьшают число прокатываний деформирующих элементов (шариков) через полюс сферы (АСф) и около него до безопасного, с точки зрения шелушения и отслаивания наклепанного поверхностного слоя, количества раз за счет периодического вывода полюса из зоны обкатки.

Способ позволяет расширить технологические возможности метода ППД и повысить качество обкатки неполных сферических поверхностей.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В диссертации решена актуальная задача технологического обеспечения качества сферических головок шаровых пальцев на основе применения технологии отделочно-упрочняющего обкатывания многошариковым бессепараторным инструментом, разработки научно-обоснованных методик расчета рациональных технологических параметров и характеристик качества поверхностного слоя получаемых деталей.

2. Разработана методика расчета круговой подачи заготовки при отде-лочно-упрочняющем обкатывании бессепараторным иннструментом, учитывающая реальную частоту вращения деформирующих шариков, их проскальзывание и замедление под действием силы.

3. Разработана математическая модель составляющей профиля шероховатости, обусловленной геометрией и кинематикой перемещения инструмента, при бессепараторном отделочно-упрочняющем обкатывании НСП, в виде урав-

нения, позволяющего учесть влияние основных технологических параметров процесса; частоты вращения инструмента, частоты вращения заготовки, диаметра обкатываемой сферы, количества и диаметра деформирующих элементов, на шероховатость формируемой поверхности.

4. Разработана методика расчета припуска под обкатывание сферы, на основе установленной взаимосвязи параметров процесса предшествующей обработки фрезерованием: круговой подачи заготовки, радиуса при вершине режущей пластины, диаметра заготовки и исходной шероховатости с величиной изменения диаметра заготовки при поверхностном пластическом деформирова-ниии, описываемой интегральным уравнением, численное решение которого позволяет назначать исполнительный размер детали при лезвийной обработке.

5. Разработана методика объёмного моделирования процесса обкатки НСП многошариковым бессепараторным обкатником с применением программного комплекса ВЕГОЯМ-ЗБ, позволившая на основе вычислительных экспериментов установить взаимосвязь эквивалентного напряжения в полюсной части сферы с условиями обработки в виде уравнения, согласно которому, наибольшее влияние на величину озкв оказывает частота вращения обкатника, а наименьшее - частота вращения заготовки. Расчет аэкв позволяет оценивать технологические параметры процесса обкатки полюсной части сферы с точки зрения возникновения опасных напряжений.

6. Применение бессепараторного обкатывания позволяет получать высокие характеристики качества поверхностного слоя неполных сферических головок шаровых (шероховатость Яа = 0,1б...0,19 мкм и отклонение от сферичности в пределах 5 мкм) за счет значительного увеличения количества деформирующих элементов в инструменте и рациональных режимов обработки.

7. Проведенное экспериментальное исследование влияния технологических факторов на характеристики качества неполной сферической головки шарового пальца в процессе её обкатки многошариковым бессепараторным инструментом, позволило получить эмпирические зависимости по определению среднего арифметического отклонения профиля шероховатости неполной сферической поверхности от частот вращения заготовки и инструмента, а также усилия обкатывания и установить, что при отделочно-упрочняющей обкатке наибольшее влияние на параметр Яа оказывает частота вращения инструмента.

8. Разработан и запатентован новый способ отделочно-упрочняющей обкатки НСП, позволяющий уменьшить кратность обработки полюсной зоны сферы без снижения производительности.

9. Разработана инструментальная и технологическая оснастка для реализации отделочно-упрочняющей обкатки многошариковым бессепараторным обкатником.

10. Результаты работы апробированы и внедрены в производственный

процесс ООО "Классик-Авто". Прогнозируемый экономический эффект составил 153 тысячи рублей.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России

1. Катунин, A.A. Анализ способов планетарной обкатки неполных сферических поверхностей [Текст] / A.A. Катунин // Журнал. Упрочняющие технологии и покрытия, 2008. - №7. - С.24-26.

2. Катунин, A.A. Моделирование процесса обкатки сферической головки автомобильного шарового пальца [Текст] / A.A. Катунин И Известия ОрелГТУ. Серия «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». -Орел: ОрелГТУ, 2008. - №3-7(546). - С. 53-56.

3. Катунин, A.A. Определение круговой подачи при обкатке сферических поверхностей [Текст] / A.A. Катунин [Текст] // Известия ОрелГТУ. Серия «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». - Орел: ОрелГТУ, 2009. - №2-3/274(560).- С. 64-69.

4. Катунин, A.A. Формирование шероховатости поверхности неполной сферы при обкатке бессепараторным инструментом [Текст] / A.A. Катунин И Известия ОрелГТУ. Серия «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». - Орел: ОрелГТУ, 2009. - №3/275(561).- С. 37-42.

5. Катунин, A.A. Поверхностное пластическое деформирование сферы охватывающим кольцевым инструментом [Текст] / A.A. Катунин, A.B. Катунин, Ю.С. Степанов, H.H. Самойлов // Журнал. Упрочняющие технологии и покрытия, 2006.-№11.-С. 10-12.

6. Катунин, A.A. Обеспечение точности формы и заданной шероховатости неполных сферических головок шаровых пальцев автомобильных шаровых шарниров [Текст] / A.A. Катунин, A.B. Катунин, A.M. Сидоров, H.H. Самойлов // Известия ОрелГТУ. Серия «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». - Орел: ОрелГТУ, 2008. - №2(545). - С. 56-58.

7. Катунин, A.A. Моделирование ротационной обкатки неполных сферических поверхностей [Текст] / A.A. Катунин, Ю.С. Степанов, А.Н. Афонин, A.A. Харламов // Известия ОрелГТУ. Серия «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». - Орел: ОрелГТУ, 2008. - №2-3(545). - С. 5861.

8. Катунин, A.A. Моделирование процесса ротационной обкатки неполных сферических поверхностей шаровых пальцев [Текст] / A.A. Катунин, Ю.С. Степанов // Журнал. Упрочняющие технологии и покрытия, 2008. №10. - С. 1619

9. Катунин, A.A. Исследование кинематических параметров процесса обкатки неполной сферической головки шарового пальца [Текст] / A.A. Кату-

нии, A.B. Катунин, Ю.С. Степанов, A.M. Гаврилин // Известия ОрелГТУ. Серия «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». - Орел: ОрелГТУ, 2009. - №2-2/274(560).- С. 77-81.

10. Катунин, A.A. Зависимость круговой подачи от технологических факторов при обкатке сферической головки шарового пальца [Текст] / A.A. Катунин, Ю.С. Степанов, A.M. Гаврилин // Известия ОрелГТУ. Серия «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». - Орел: ОрелГТУ, 2009. - №2-3/274(560).- С. 87-92.

Публикации в других изданиях

11. Катунин, A.A. Совершенствование метода обкатки неполных сферических поверхностей [Текст] / A.A. Катунин // Вестник Рыбинской государственной технологической академии имени П.А. Соловьёва: Сборник научных трудов. - Рыбинск, 2007. - №1(11).- С. 193-195.

12. Катунин, A.A. Моделирование процесса обкатки неполных сферических поверхностей с помощью программного комплекса DEFORM 3D [Текст] / A.A. Катунин // VI Всероссийская научно-практическая конференция «Применение ИПИ - технологий в производстве». Труды конференции, М.:Изд-во МАТИ, 2008.-С.69-70.

13. Катунин, A.A. Аналитический расчет припуска под отделочно-упрочняющее обкатывание [Текст] / A.A. Катунин, В.В. Мишин, В.В. Ноздру-нов // // Энерго- и ресурсосбережение - XXI век.: Сборник материалов VII-ой международной научно-практической интернет-конференции. - Орел: ООО «Издательский дом «Орлик» и К», 2009- С.32-34.

Патенты

14. Пат. 2276005 Российская Федерация, МПКв В 24 В 39/04. Способ обкатки неполных сферических поверхностей [Текст] / Ю.С. Степанов [и др.]; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ОрелГТУ». - № 2004129399/02; за-явл. 05.10.2004; опубл. 10.05.2006, Бюл. №13

Подписано в печать «20» мая 2009 г. Формат бумаги 60x84 1/16 Печать офсетная. Объём 1,0 усл. п л. Тираж 100 экз. Заказ №583/2 Отпечатано на полиграфической базе Орловского государственного технического университета • Адрес: г. Орел, Наугорское шоссе, 29

Введение.

Глава 1. Обзор способов и исследований отделочно-упрочняющей обкатки неполных сферических поверхностей.

1.1 Детали-представители с конструктивными элементами в виде неполных сферических поверхностей.

1.2 Обзор способов отделочно-упрочняющей обкатки неполных сферических поверхностей и инструментов для их реализации.

1.2.1 Обкатка неполных сферических поверхностей коническими роликами.

1.2.2 Обкатка неполных сферических поверхностей цилиндрическими роликами с фиксированными осями.

1.2.3 Обкатка неполных сферических поверхностей шариковыми инструментами.

1.2.3.1 Обкатка неполных сферических поверхностей шариковыми регулируемыми обкатниками сепараторного типа.

1.2.3.2 Обкатка неполных сферических поверхностей шариковыми нерегулируемыми обкатниками сепараторного типа.

1.2.4 Обкатка неполных сферических поверхностей с дополнительным дискретным поворотом заготовки.

1.2.5 Обкатка неполных сферических поверхностей с дополнительным поворотом заготовки и переменной скоростью вращения инструмента

1.2.6 Обкатка неполных сферических поверхностей с дополнительным поворотом изделия с постоянной угловой скоростью.

1.3 Обобщение и систематизация способов отделочно-упрочняющей обкатки неполных сферических поверхностей.

1.4 Исследование особенностей отделочно-упрочняющей обкатки неполных сферических поверхностей.

1.4.1 Определение подачи при обкатывании неполных сферических поверхностей.

1.4.2 Исследование и определение параметров шероховатости при обкатке неполных сферических поверхностей.

1.4.3 Определение припуска под обкатывание при обработке неполных сферических поверхностей.

1.4.4 Неравномерность обработки неполных сферических поверхностей при обкатывании.

1.5 Выводы, цель и задачи исследования.

Глава 2. Разработка методик расчета неровностей профиля и припуска под обкатывание при отделочно-упрочняющей обработке неполной сферической поверхности бессепараторным инструментом.

2.1 Кинематический анализ процесса обкатки неполной сферической головки шарового пальца.

2.2 Определение реальной частоты вращения шариков вокруг оси инструмента.

2.3 Определение круговой подачи при обкатке неполных сферических поверхностей бессепараторным инструментом.

2.4 Взаимосвязь круговой подачи и технологических факторов при обкатке неполной сферической головки шарового пальца бессепараторным инструментом.

2.5 Формирование шероховатости поверхности при обкатке бессепараторным инструментом.

2.5.1 Математическая модель составляющей профиля шероховатости, обусловленной геометрией и кинематикой перемещения рабочей части инструмента.

2.6 Аналитический расчет припуска под отделочно-упрочняющее обкатывание.

Глава 3. Методика моделирования и исследование процесса обкатки неполных сферических поверхностей на основе программного комплекса БЕРОКМ-ЗБ.

3.1 Описание методики моделирования процесса обкатки головки шарового пальца.

3.1.1 Создание геометрических трехмерных моделей заготовки шарового пальца и инструмента.

3.1.2 Задание кинематических параметров элементов технологической схемы процесса обкатки.

3.2 Исследование влияния технологических факторов на физические параметры поверхности головок шаровых пальцев при обкатывании

Глава 4. Комплект технологической оснастки для экспериментального исследования процесса обкатки неполных сферических поверхностей.

4.1 Установка для выполнения операции, предшествующей обкатке

4.1.1 Приводная головка.

4.1.2 Резцовая головка.

4.2 Экспериментальные установки для исследования процесса обкатки головки шарового пальца.

4.2.1 Экспериментальная установка для исследования процесса обкатки головки шарового пальца на базе токарного станка.

4.2.2 Экспериментальная установка для исследования процесса обкатки головки шарового пальца на базе фрезерного станка.

4.2.3 Шпиндель обкатника.

4.2.4 Многошариковый бессепараторный обкатник.

Глава 5'. Экспериментальное исследование процесса обкатки головки шарового пальца многошариковым бессепараторным инструментом.

5.1 Планирование и методика исследования влияния технологических факторов на шероховатость поверхности обкатываемой головки шарового пальца.

5.2 Исследование точности формы головок шаровых пальцев после обкатки.

5.3 Исследование микротвердости головки шарового пальца после обкатки.

5.4 Исследование микроструктуры обкатанных головок шаровых пальцев.

Глава 6. Расширение технологических возможностей и практическое применение метода обкатки неполных сферических поверхностей.

6.1 Разработка нового способа обкатки неполных сферических поверхностей.

6.2 Апробация нового способа обкатки неполных сферических поверхностей.

6.3 Экономический эффект от внедрения бессепараторной обкатки.

Актуальность темы. В современной технике существует большая группа деталей, конструктивным элементом которых является неполная сферическая поверхность: шаровые пальцы автомобильных шаровых шарниров, пальцы наконечников рулевых тяг, сферические вкладыши бойков механизмов ударного действия, шариковые подпятники, сферические наконечники штоков, стойки со сферическими головками сферических соединений рычажных механизмов, штоки клапанных механизмов со сферическими головками и другие.

Наиболее характерным представителем деталей этой группы является автомобильный шаровой палец, который входит в состав шаровых шарниров - наиболее ответственных узлов подвески современных автомобилей, определяющих безопасность их эксплуатации. Ежегодные объемы производства автомобильных шаровых пальцев исчисляются десятками миллионов штук в год.

В последнее время в качестве окончательной операции обработки головки шарового пальца получила распространение отделочно-упрочняющая обкатка. Благодаря своей кинематической схеме она является одним из немногих способов, позволяющих обрабатывать неполные сферические поверхности с высокой точностью. Для её реализации используются инструменты сепараторного типа с деформирующими телами в виде шариков или роликов, обладающие, наряду с достоинствами (надежность, высокая стойкость, низкая себестоимость изготовления) рядом недостатков, основным из которых является малое количество рабочих элементов, что негативно сказывается на качестве и производительности процесса.

Существующие методики расчета параметров шероховатости сферических поверхностей при обкатывании весьма приблизительны, поскольку не учитывают реальной частоты вращения деформирующих шариков, а, следовательно, и реальной величины круговой подачи.

Несмотря на успешные результаты российских и зарубежных исследователей в области поверхностного пластического деформирования металлов, широкое применение данного метода для обработки неполных сфер сдерживается из-за отсутствия научно обоснованных методик определения параметров процесса обкатки и качества получаемых деталей.

Повышение качества неполных сферических поверхностей обкаткой может быть достигнуто посредством применения технологии, использующей прогрессивные многошариковые бессепараторные обкатники, содержащие максимально возможное число деформирующих элементов. Для её реализации необходимо соответствующее технологическое обеспечение. Поэтому разработка новых методик расчета параметров процесса обкатки и характеристик качества формируемых сферических поверхностей, высокопроизводительной технологической оснастки, новых способов обработки, является весьма актуальной темой.

Целью работы является обеспечение требуемых значений параметров качества поверхностного слоя неполных сферических головок шаровых пальцев при отделочно-упрочняющем обкатывании бессепараторным инструментом.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработать математическую модель составляющей профиля шероховатости, обусловленной геометрией и кинематикой перемещения инструмента, учитывающую особенности процесса отделочно-упрочняющего обкатывания неполных сферических поверхностей многошариковым бессепараторным инструментом;

2. Разработать методику расчета припуска под обкатывание неполной сферы;

3. Разработать методику расчета круговой подачи заготовки при отде7 лочно-упрочняющей обкатке неполных сферических поверхностей бессепараторным инструментом с учетом реальной частоты вращения деформирующих шариков;

4. Разработать методику объёмного моделирования процесса обкатки неполных сферических поверхностей многошариковым бессепараторным об-катником на основе программного комплекса DEFORM-3D, для определения характеристик физического состояния поверхностного слоя.

5. Разработать инструментальную и технологическую оснастку для реализации отделочно-упрочняющей обкатки многошариковым бессепараторным обкатником.

6. Провести экспериментальное исследование влияния технологических факторов на параметры качества поверхностного слоя неполной сферической головки шарового пальца в процессе её обкатки многошариковым бессепараторным инструментом;

7. Разработать новый способ отделочно-упрочняющей обкатки неполных сферических поверхностей, позволяющий уменьшить кратность обработки полюсной зоны неполной сферы без снижения производительности.

Объектом исследования является процесс отделочно-упрочняющего обкатывания неполных сферических поверхностей многошариковым бессепараторным обкатником.

Предметом исследования являются параметры технологического процесса отделочно-упрочняющего бессепараторного обкатывания шариками и качества поверхностного слоя неполных сферических головок шаровых пальцев.

Методы исследования:

• методы планирования эксперимента;

• методы статистического анализа;

• методы анализа с применением прикладного программного обеспечения MathCAD 13 и MS Excel 2007;

• численный метод решения интегральных уравнений;

• метод математического моделирования с использованием программного комплекса ВЕБСЖМ-ЗО.

Научная новизна. Разработана математическая модель составляющей профиля шероховатости, обусловленной геометрией и кинематикой перемещения инструмента при бессепараторном отделочно-упрочняющем обкатывании неполных сферических поверхностей, в виде уравнения, позволяющего учесть влияние основных технологических параметров процесса: частоты вращения инструмента и заготовки, диаметра обкатываемой сферы, количества, частоты вращения и диаметра деформирующих элементов, на шероховатость формируемой поверхности.

Установлена взаимосвязь параметров процесса предшествующей обработки фрезерованием: круговой подачи заготовки, радиуса при вершине режущей пластины, диаметра заготовки и исходной шероховатости с величиной припуска под обкатывание неполной сферической поверхности, описываемая интегральным уравнением, численное решение которого позволяет назначать исполнительный размер детали при предварительной лезвийной обработке и определять диаметр готовой детали после обкатывания.

Установлено, что при отделочно-упрочняющем обкатывании в рациональном диапазоне режимов: частота вращения инструмента 630. 1000 об/мин, частота вращения заготовки 6.8 об/мин, сила обкатывания 200.700 Н, наиболее значимым параметром является частота вращения инструмента.

Достоверность результатов, полученных в ходе экспериментальных исследований, подтверждается применением научно обоснованной методики планирования эксперимента и обработки полученных данных, поверенного лабораторного оборудования и контрольно-измерительных устройств.

Достоверность результатов теоретических исследований подтверждается обоснованным использованием фундаментальных зависимостей, допущений и ограничений, корректностью постановки задачи математического моделирования, применением современных математических методов и средств вычислительной техники. Качественные и количественные результаты согласуются с данными экспериментальных исследований, проведенных в широком диапазоне технологических режимов отделочно-упрочняющей бессепараторной обкатки неполных сферических поверхностей.

Автор защищает:

1. Математическую модель составляющей профиля шероховатости, обусловленной геометрией и кинематикой перемещения инструмента, при обкатке неполной сферической поверхности бессепараторным инструментом.

2. Методику расчета припуска под обкатывание, учитывающую высоту неровностей профиля, формируемых на предшествующей операции фрезерования.

3. Методику расчета круговой подачи заготовки с учетом реальной частоты вращения деформирующих шариков и математическую зависимость для её определения.

4. Методику объёмного моделирования процесса обкатки неполных сферических поверхностей многошариковым бессепараторным обкатником на основе программного комплекса ОЕЕСЖМ-ЗВ, а также эмпирическую зависимость эквивалентного напряжения в полюсной части сферы от технологических факторов.

5. Инструментальную и технологическую оснастку для реализации отделочно-упрочняющей обкатки многошариковым бессепараторным обкатником на универсальном оборудовании.

6. Результаты экспериментальных исследований влияния технологических факторов на параметры качества неполной сферической головки шарового пальца в процессе её обкатки многошариковым бессепараторным инструментом и эмпирические зависимости по определению среднего арифметического отклонения профиля шероховатости неполной сферической поверхности.

7. Новый способ отдел очно-упрочняющей обкатки неполных сферических поверхностей, позволяющий уменьшить кратность обработки полюсной зоны сферы без снижения производительности.

Практическая ценность и реализация работы:

На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований:

• установлено, что применение бессепараторного обкатывания позво ляет получать высокие характеристики качества поверхностного слоя неполных сфер (шероховатость Яа = 0,16.0,19 мкм и отклонение от сферичности не более 5 мкм) за счет значительного увеличения количества деформирующих элементов обкатного инструмента и рационального выбора режимов обкатки на основе полученных уравнений взаимосвязи параметров качества с условиями обработки;

• разработана научно обоснованная методика расчета средней высоты профиля шероховатости неполных сферических поверхностей при отделочно-упрочняющем обкатывании многошариковым бессепараторным инструментом;

• разработана методика расчета припуска под отделочно-упрочняющее обкатывание, учитывающая исходную высоту неровностей профиля шероховатости, формируемую на предшествующей операции;

• разработаны инструментальная и технологическая оснастка для реализации отделочно-упрочняющей обкатки многошариковым бессепараторным обкатником.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международном симпозиуме «Гидродинамическая теория смазки - 120 лет» (г. Орел, 2006 г.), на УШ-ой Международной научно-технической конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения" - "Технология - 2007" (г. Орел, 2007), У-ой Международной научно-практической интернет-конференции "Энерго- и ресурсосбережение - XXI век", У1-ой Всероссийской научно-практической конференции «Применение ИЛИ - технологий в производстве» (г. Москва, 2008 г.), 1Х-ой Международной научно-техническая конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения" - "Технология - 2008" (г. Тель-Авив, Израиль), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ОрелГТУ в 2006-2009 г.г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ и получен патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 116 наименований и приложений. Общий объем работы составляет 177 страниц, включает 86 рисунков, 16 таблиц и приложения.

10. Результаты работы апробированы и внедрены в производственный процесс ООО "Классик-Авто". Прогнозируемый экономический эффект составил 153 тысячи рублей.

1. A.c. 167152 СССР, В 24 В 11/00. Головка для чистовой обработки шаровых поверхностей / Е.Г. Коновалов, H.H. Яцевич // Открытия. Изобретения. 1964, №24.

2. A.c. 185724 СССР, В24В39/04. Головка для чистовой обработки шаровых поверхностей / Е.Г. Коновалов, А.И. Фломенблит // Открытия. Изобретения. 1966, №17.

3. A.c. 222184 СССР, В24ВП/02. Способ чистовой обработки наружных шаровых поверхностей / Е.Г. Коновалов, А.И. Фломенблит // Открытия. Изобретения. 1968, №22.

4. A.c. 273241 СССР, C21D7/04. Устройство для обкатки деталей с неполной шаровой поверхностью / Е.Г. Коновалов, А.И. Фломенблит // Открытия. Изобретения. 1970, №20.

5. A.c. 280260 СССР, В24В39/00. Устройство для упрочняющей обработки наружных неполных сферических поверхностей / Е.Г. Коновалов, А.И. Голембиевский // Открытия. Изобретения. 1971, №27.

6. A.c. 340521 СССР, В24В39/04. Устройство для чистовой и упрочняющей обработки / Е.Г. Коновалов, А.И. Голембиевский // Открытия. Изобретения. 1972, №18.

7. A.c. 353810 СССР, В24В39/04. Устройство для накатывания сферических поверхностей / JT.M. Натапов // Открытия. Изобретения. 1972, №30.

8. A.c. 356110 СССР, В24В39/04. Устройство для упрочняющей обработки неполных сферических поверхностей / А.И. Голембиевский, В.Е. Усов // Открытия. Изобретения. 1972, №32.

9. Большев, Л.Н. Таблицы математической статистики Таблицы. / Болыпев Л.Н. Смирнов Н.В. М. : Наука, 1983. - 416 е.; 27 с.

10. Браславский, В.М. Технология обкатки крупных деталей роликами / Браславский В.М. М.: Машиностроение, 1976. 160 с.

11. Вашуль, X. Практическая металлография : Методы изготовления образцов / X. Вашуль; Пер. с нем. В. А. Федоровича. М. : Металлургия, 1988. - 318,1. е.: ил.; 20 см

12. Голембиевский, А.И. Методика структурного анализа и классификации методов ротационной обработки / Голембиевский А.И., Симановский Э.Д. // Вести АН БССР. Сер. физ.-техн. наук, 1971, №3. С. 46-51.

13. Горохов, В.А. Обработка деталей пластическим деформированием / Горохов В.А. Киев:-Технша, 1978. 192 с.

14. ГОСТ 19300-86*. Средства измерений шероховатости поверхности профильным методом. Профилографы-профилометры контактные. Типы и основные параметры Текст. Введ. 01.07.1987. — М. : Изд-во стандартов, 2008. -21 е.: ил.

15. ГОСТ 25142-82. Шероховатость поверхности. Термины и определения Текст. Введ. 01.01.1983. - М. : Изд-во стандартов, 2008. - 27 с. : ил.

16. ГОСТ 27964-88. Измерение параметров шероховатости. Термины и определения Текст. Введ. 01.05.1992. - М. : Изд-во стандартов, 2008. - 26 с. : ил.

17. ГОСТ Р ИСО 6507-1-2007. Металлы и сплавы. Измерение твердости по Виккерсу. Часть 1. Метод измерения Текст. Введ. 01.08.2008. — М. : Изд-во стандартов, 2008. — 20 с. : ил.

18. Гун, И.Г. Совершенствование процессов деформирования в технологической системе "сталь-прокат-изделия-узлы" с целью обеспечения конкурентоспособности шаровых шарниров Текст. : дис. . д-ра техн. наук: 05.16.05 / Гун Игорь Геннадьевич. Магнитогорск, 2000.

19. Гун, И.Г. Совершенствование технологии изготовления шаровых пальцев автомобилей / Гун, И.Г., Железков О.С., Михайловский И.А. и др. //Бюл. ин-та "Черметинформация". 2000. №11-12 (1211-1212). С. 60-62.

20. Гун, И.Г. Совершенствование технологической системы изготовления шаровых шарниров Текст. / И.Г. Гун. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.-416 с.

21. Ершов, Т.В. Влияние основных факторов процесса накатывания стали и чугуна на шероховатость поверхности / Ершов Т.В., Каменская A.A. // Известия вузов. Машиностроение, 1966, №6. С. 59-63.

22. Катунин, A.A. Анализ способов планетарной обкатки неполных сферических поверхностей Текст. / A.A. Катунин // Журнал. Упрочняющие технологии и покрытия, 2008. №7. - С.24-26.

23. Катунин, A.A. Моделирование процесса обкатки сферической головки автомобильного шарового пальца Текст. / A.A. Катунин // Известия ОрелГТУ. Серия «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». Орел: ОрелГТУ, 2008. -№3-7(546). - С. 53-56.

24. Катунин, A.A. Моделирование процесса ротационной обкатки неполных сферических поверхностей шаровых пальцев Текст. / A.A. Катунин,Ю.С. Степанов // Журнал. Упрочняющие технологии и покрытия, 2008. №10. С.16-19

25. Катунин, A.A. Определение круговой подачи при обкатке сферических поверхностей Текст. / A.A. Катунин [Текст] // Известия ОрелГТУ. Серия «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». -Орел: ОрелГТУ, 2009. №2-3/274(560).- С. 64-69.

26. Катунин, A.A. Поверхностная пластическая обработка неполной сферы импульсным ударным деформированием Текст. / A.A. Катунин, Ю.С. Степанов, H.H. Самойлов // Известия ОрелГТУ. Серия «Машиностроение. Приборостроение». 2006. №2 (528). 145 с.

27. Катунин, A.A. Поверхностное пластическое деформирование сферы охватывающим кольцевым инструментом Текст. / A.A. Катунин, A.B. Катунин, Ю.С. Степанов, H.H. Самойлов // Журнал. Упрочняющие технологии и покрытия, 2006.-№11.-С. 10-12.

28. Катуннн, A.A. Совершенствование метода обкатки неполных сферических поверхностей Текст. / A.A. Катунин // Вестник Рыбинской государственной технологической академии имени П.А. Соловьёва: Сборник научных трудов. Рыбинск, 2007. -№1(11).-С. 193-195.

29. Катунин, A.A. Совершенствование процесса статико-импульсного поверхностного пластического деформирования неполных сферических поверхностей Текст. / A.A. Катунин // Известия ТулГУ. Серия «Технология машиностроения». 2006 г.

30. Кацев, П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента Текст. / П.Г. Кацев. М.: Машиностроение, 1974. -231 с.

31. Коновалов, Е.Г. Головка для обкатывания роликами наружных шаровых поверхностей Текст. / Коновалов Е.Г., Фломенблит А.И. // Вести АН БССР. Сер. физ.-техн. наук, 1967, №3. С. 112-114.

32. Коновалов, Е.Г. Накатывание сферических деталей Текст. / Коновалов Е.Г., Голембиевский А.И. // Машиностроитель, 1969, №8. С. 27.

33. Коновалов, Е.Г. Отделочно-упрочняющая обработка шаровых поверхностей Текст. / Коновалов Е.Г., Голембиевский А.И., Файнберг Г.Б. — Станки и инструмент, 1970., №8. С. 29-30.

34. Коновалов, Е.Г. Ротационная обработка поверхностей с автоматической подачей Текст. / Коновалов Е.Г., Чистосердов П.С., Фломенблит А.И. Минск: Вышэйшая школа, 1976. 192 с.

35. Коновалов, Е.Г. Чистовая и упрочняющая ротационная обработка поверхностей Текст. / Е.Г. Коновалов, В.А. Сидоренко. Минск: Вышэйшая школа, 1968. - 364 с.

36. Лапчннскнй, Владимир Викторович Определение закономерности изменения технического состояния шаровых пальцев передней подвески автомобилей : автореферат дис. . кандидата технических наук : 05.22.10 / Оренбург, гос. ун-т Количество страниц: 18 с.

37. Лукьянов, B.C. Параметры шероховатости поверхности Текст. / Лукьянов B.C., Рудзит Я.А. М.: Изд-во стандартов, 1979. 164 с.

38. Львовский, E.H. Статические методы построения эмпирических формул Текст. / Львовский E.H. М.: Высшая школа, 1988. 239 с.

39. Макушок, Е.М. Массоперенос в процессах трения Текст. / Маку-шок Е.М., Калиновская Т.В., Белый A.B. Минск: Наука и техника, 1978. 272 с.

40. Маталин, A.A. Качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин Текст. / Маталин A.A. Л.: Машгиз, 1965.

41. Михайлов, A.A. Шероховатость поверхности при обработке глубоких отверстий / Михайлов A.A., Комаров В.А., Шапиро A.M. // Вестник машиностроения, 1988, №5. С. 43-45.

42. Одинцов, Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник / Одинцов Л.Г. М.: Машиностроение, 1987. 328 с.

43. Папшев, Д.Д. Повышение долговечности стальных закаленных деталей обкатыванием Текст. / Папшев Д.Д. // Вестник машиностроения, 1966, №5. С. 57-60.

44. Папшев, Д.Д. Упрочение деталей обкаткой шариками Текст. / Д.Д. Папшев. М.: Машиностроение, 1988. - 132 с.

45. Парфиянович, B.C. Чистовая обработка поверхностей роликовым инструментом Текст. / Парфиянович B.C. Минск, 1966. 68 с.

46. Пат. 2031770 Российская Федерация, МПК6 В 24 В 39/04. Способ обработки неполных сферических поверхностей деталей поверхностным деформированием / A.M. Гаврилин, H.H. Самойлов // Б.И, 1995, №9.

47. Пат. 2103571 Российская Федерация, МПК6 F16C11/06. Способ увеличения ресурса сферического шарнира и устройство для его осуществления / А.Д. Боровлев, В.П. Недиков // Б.И. 1998, №3

48. Пат. 2128574 Российская Федерация, МПК6 В24В39/04. Способ обработки поверхностным деформированием сферических поверхностей / О.С. Черненко, Г.А. Усачев, С.Г. Кудров // Б.И. 1999, №10.

49. Пат. 2162785 Российская Федерация, МПК6 В24В39/00. Способ обработки неполной сферической головки шарового пальца поверхностным деформированием / И.Г. Гун, О.С. Железков, И.А. Михайловский // Б.И. 2001, №4.

50. Пат. 2188115 Российская Федерация, МПК6 В24В39/00. Способ обработки неполной сферической головки шарового пальца / И.Г. Гун и др. // Б.И. 2002, №24.

51. Пат. 2201325 Российская Федерация, МПК6 В24В39/00. Способ обработки неполной сферической головки шарового пальца / И.Г. Гун и др. //Б.И. 2003, №9.

52. Пат. 2276005 Российская Федерация, МПК6 В 24 В 39/04. Способ обкатки неполных сферических поверхностей Текст. / Ю.С. Степанов [и др.]; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ОрелГТУ». № 2004129399/02; заявл. 05.10.2004; опубл. 10.05.2006, Бюл. №13

53. Практическая металлография / Малинина Р. И. и др.. 2-е изд. -М. : Интермет Инжиниринг, 2004 (111111 Тип. Наука). - 233 с. : ил., табл.; 20 см.

54. Применение планетарной обкатки при чистовой обработке сферической поверхности шаровых пальцев / И.Г. Гун, О.С. Железков, И.А. Михайловский и др. // Перспективные материалы, технологии, конструкции: Сб. науч. тр. Вып. 5. Красноярск, 1999. С. 331-332.

55. Проскуряков, Ю.Г. Методика выбора режимов при накатке деталей шариками или роликами Текст. / Проскуряков Ю.Г., Меньшаков В.М. // Вестник машиностроения, 1962, №11. С. 60-63.

56. Репина, Л.Д. Формирование микрорельефа цементованной поверхности при обкатке шариком Текст. / Репина Л.Д., Лептова А.И., Зыкова Н.И. // Прогрессивные технологические процессы в машиностроении: Сб. науч. тр. Кемерово: КузПИ, 1975. С. 150-154.

57. Рудзитис, Я.А. Качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин и приборов : Учеб. пособие / Я. А. Рудзит. Рига : РПИ, 1982. - 101 с. : ил.; 20 см.

58. Рудзитис, Я.А. Микрометрия и контактное взаимодействие поверхностей Текст. /Рудзитис, Я.А. Рига: Зинатне, 1975.-210 с.

59. Садыков, С.С. Математическая модель шероховатой поверхности. Формирование и исследование / Садыков С.С., Яковлев A.B. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2003 №8, Том 69, с. 32-36.

60. Смелянский, В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием Текст. / В.М. Смелянский. М. : Машиностроение, 2002.

61. Смелянский, В.М. Механика упрочнения поверхностного слоя деталей машин в технологических процессах поверхностного пластическогодеформирования Текст. /В. М. Смелянский. М. : Об-ние "МАШМИР", 1992.

62. Смирнов-Аляев, Г.А. Механические основы пластической обработки металлов Текст. / Смирнов-Аляев Г.А. JL: Машиностроение, 1968. 272 с.

63. Смирнов-Аляев, Г.А. Теория пластических деформаций металлов Текст. / Смирнов-Аляев Г.А., Розенберг В.М. М.: Машгиз, 1956. 368 с.

64. Совершенствование кинематики чистовой обкатки неполных сферических поверхностей шаровых пальцев / И.А. Михайловский, И.Г. Гун.'// Теория и практика производства проката: Сб. науч. тр. Липецк, 2001. С. 213-221.

65. Спиридонов, A.A. Планирование эксперимента при исследовании и оптимизации технологических процессов : Учебное пособие . / Спиридонов A.A., Васильев Н.Г. Свердловск, изд. УПИ им. С.М.Кирова, 1975, с. 140.

66. Сулима, A.M. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин / Сулима A.M., Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д. М.: Машиностроение, 1988. 240 с.

67. Су слов, А.Г. Качество машин Текст. : Справочник: В 2 т. Т.1 / [Суслов А.Г., Э.Д. Браун, H.A. Виткевич и др.] М.: Машиностроение, 1995. -256 с. : ил.

68. Суслов, А.Г. Качество машин Текст. : Справочник: В 2 т. Т.2 / [А.Г. Суслов, Ю.В. Гуляев, A.M. Дальский и др.] М.: Машиностроение, 1995.-430 с. : ил.

69. Су слов, А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин Текст. / Суслов А.Г. М.: Машиностроение, 2000. - 320 с.

70. Су слов, А.Г. Научные основы технологии машиностроения Текст. / А.Г. Суслов, A.M. Дальский. М.: Машиностроение, 2002. - 684с. с илл.

71. Су слов, А.Г. Техническое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин Текст. / Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Федоров В.П. М.: Машиностроение, 1979.-176 е., ил.

72. Суслов, А.Г. Экспериментально-статистический метод обеспечения качества поверхности делалей машин: Монография Текст. / А.Г. Суслов, O.A. Горленко. М.: Машиностроение-1, 2003. - 303 е.: ил.

73. Тарновский, И.Я. Деформации и усилия при обработке металлов давлением Текст. / Тарновский И .Я., Поздеев A.A., Ганаго O.A. М.: Маш-гиз, 1959. 304 с.

74. Теоретические основы процессов поверхностного пластического деформирования / Е. М. Макушок, Т. В. Калиновская, С. М. Красневский и др.; Под ред. В. И. Беляева; АН БССР, Физ.-техн. ин-т. Минск : Наука и техника, 1988. - 182,[2] с. : ил.; 21 см.

75. Теоретические основы процессов поверхностного пластического деформирования / Под ред. В.И. Беляева. Минск: Наука и техника, 1988. 188 с.

76. Теория пластических деформаций металлов / Е. П. Унксов, У. Джонсон, В. JI. Колмогоров и др.; Под ред. Е. П. Унксова, А. Г. Овчинникова. М. : Машиностроение, 1983. - 598 с. : ил.; 22 см.

77. Фломенблит, А.И. Некоторые вопросы проектирования техпроцессов отделочно-упрочняющей обработки поверхностей накатыванием / Фломенблит, А.И. Авто-реф. дис. . канд. техн. наук. Минск, 1968.

78. Формообразование микронеровностей при обкатывании деталей шариком / Бабук В.В., Чепа П.А., Неген А.П. // Машиностроение. Вып.4. Минск, 1980. С. 7-10.

79. Хартман, К. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов Текст. / Хартман, К. [и др.]. М.: «Мир», 1977, с. 541.

80. Ходырев, В.И. Изменение диаметра детали в процессе обкатывания Текст. / Ходырев В.И., Гаврилин A.M. // Изв. вузов. Машиностроение, 1974, №8. С. 124-128.

81. Хромов, В.Н. Упрочение и восстановление деталей машин термоупруго-пластическим деформированием : Монография. / В.Н. Хромов, И. К. Сенченков. Орел : Изд-во ОГСХА, 1999. - 221 с. : ил., табл.; 20 см.

82. Хусу, А.П. Шероховатость поверхностей (теоретико-вероятностный подход) / Хусу А.П., Виттенберг Ю.Р., Пальмов В.А. М.: Наука, 1975. - 344 с.

83. Чепа, П.А. Эксплуатационные свойства упрочненных деталей Текст. / П. А. Чепа, В. А. Андрияшин; Под ред. О. В. Берестнева; АН БССР, Ин-т пробл. надежности и долговечности машин. Минск : Наука и техника, 1988.

84. Чуканов, А.Н. Физико-механические закономерности формирования предельного состояния и развития локального разрушения в металлических материалах Текст. : дис. . д-ра техн. наук : 05.16.01, 01.04.07 / Чуканов Александр Николаевич. Тула, 2001.

85. Шнейдер, Ю.Г. Технология финишной обработки давлением Текст. / Ю.Г. Шнейдер. С.-Пб.: Политехника, 1998. - 414 с. : ил.

86. Шнейдер, Ю.Г. Инструмент для чистовой обработки металлов давлением Текст. / Шнейдер Ю.Г. . JL: Машиностроение, 1971. - 248 с.• 112. Шнейдер, Ю.Г. Чистовая обработка металлов давлением Текст. / Шнейдер Ю.Г. -. Л.: Машгиз, 1963. 272 с.

87. Яковлев, A.B. Оценка результатов в системе анализа шероховатости поверхности. Методы и устройства передачи и обработки информации / Яковлев A.B., А.Н. Миловзоров Межвузовский сборник научных трудов. Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 2001 с. 202-204.

88. Яцевич, H.H. Исследование процесса чистовой ротационной обработки шаровых поверхностей многошариковым инструментом / Яцевич, H.H. Автореф. дис. канд. техн. наук. - Минск, 1969.