Безабразивное суперфиниширование

УДК 621.623

A.B. Королев, A.A. Королев, A.C. Носков БЕЗAБРAЗИВНОЕ СУПЕРФИНИШИРОВAНИЕ

Приведены результаты поискового исследования безабразивного ультразвукового суперфиниширования дорожек качения подшипников. Показано, что безабра-зивное суперфиниширование обеспечивает существенное повышения качества обработки дорожек качения и стабилизирует значения показателей качества

Ультразвуковое выглаживание, поверхностно-упрочняющая обработка,

суперфинишная обработка

A.V. Korolev, A.A. Korolev, A.S. Noskov ULTRASONIC SUPERFINISH PROCESSING

The results of the pilot study nonabrasive ultrasonic superfinishing bearing raceways. It is shown that non-abrasive superfinishing provides significant improvement of quality of treatment raceways and stabilize the value of quality

Ultrasonic processing, strengthening process, superfinish processing

Машиностроение и машиноведение

В настоящее время при окончательной обработке беговых дорожек колец шарикоподшипников применяется суперфиниширование. Однако отечественные суперфинишные бруски обладают недостаточно высокой стойкостью, что приводит к потере ими первоначальной формы в процессе обработки. В результате искажается профиль получаемой дорожки качения. Значительный разброс значений показателей качества после абразивного суперфинишироваия приводит к нестабильности работы подшипников. Особенно этот дефект характерен при суперфинишировании колец малогабаритных подшипников.

Одним из способов стабилизации показателей качества обработки деталей подшипников является процесс безабразивного ультразвукового суперфиниширования. При воздействии на материал детали инструментом, колеблющимся с ультразвуковой частотой, в тонком поверхностном слое обрабатываемой поверхности происходит локальное разупрочнение кристаллической решетки за счет увеличения подвижности дислокаций, получивших дополнительную энергию. В результате материал под воздействием инструмента течет, изменяя на микроуровне форму обрабатываемой поверхности. Таким образом, появляется возможность безабразивного формообразования деталей в пределах микронеровностей поверхности, в том числе закаленных до больших значений HRC.

С целью определения возможности повышения качества обработки деталей после суперфиниширования и отработки технологической схемы и режима обработки осуществлялся эксперимент. Исследования проводились на ультразвуковом вертикально-прошивочном станке модели 4Д772Э. В качестве образцов использовались внутренние кольца подшипников 206 после операции абразивного суперфиниширования дорожек качения.

Схема обработки приведена на рисунке. Обрабатываемые кольца 1 устанавливались на гладкой цилиндрической оправке 4 в призме 3, имеющей поперечный паз, соизмеримый с высотой колец. Призма крепились на столе станка болтами. Инструмент 2 представлял собой волновод с твердосплавным наконечником. Он устанавливался в шпинделе станка, прижимался с заданной силой к обрабатываемой поверхности и выставлялся по отношению к обрабатываемой заготовке с некоторым смещением относительно оси ее вращения так, что в процессе обработки под действием ультразвуковых колебаний заготовка получала вращение. Время обработки составляло 10, 15 и 30 с.

Результаты исследований приведены в таблице.

Из таблицы видно, что по всем показателям обработки безабразивное суперфиниширование существенно повышает качество обработанной поверхности. Особенно сильное влияние результаты беза-бразивной обработки оказывают на шероховатость обработанной поверхности, которая снижается почти в 2 раза. Значительное влияние безабразивная обработка оказывает также на волнистость и гран-ность поверхности.

Рис. 1. Схема безабразивного суперфиниширования: 1. Опытный образец- внутреннее кольцо шарикового подшипника. 2. Инструмент-волновод с твердосплавным сферическим наконечником.

3. Призма. 4. Цилиндрическая оправка

Влияние времени обработки и усилия прижима инструмента к обрабатываемой поверхности на показатели безабразивной суперфинишной обработки дорожек качения колец подшипников

№

п/п

Сила

при-

жима,

кгс

Вре-

мя

обра-

ра-

бот-

Ампли-

туда

коле-

баний,

мкм

Отклонение от круглости, мкм Волнистость, мкм Огранка, мкм Шероховатость поверхности, Яа мкм Радиус профиля дорожки качения, мм

0,96 1 0,8 0,51 1 0,50 0,61 1 0,41 0,26 1 0,26 3,07 1 3,12

ки, с

1 15 10 5 1,49 0,65 0,22 0,22 0,72 0,32 0,34 0,16 3,08 3,11

2 15 10 5 1,3 1,15 0,32 0,30 0,74 0,55 0,34 0,22 3,08 3,10

3 10 6 5 1,34 1,3 0,51 0,44 0,75 0,73 0,26 0,16 3,09 3,11

4 15 4 5 0,92 0,96 0,45 0,32 0,61 0,44 0,22 0,16 3,09 3,11

5 10 6 5 2,48 1,51 0,95 0,41 1,12 0,85 0,34 0,22 3,12 3,12

6 30 12 5 0,92 0,96 0,54 0,32 0,63 0,51 0,34 0,16 3,10 3,10

7 30 4 5 1,95 1,41 0,4 0,33 0,71 0,63 0,34 0,16 3,09 3,10

8 10 6 5 0,77 0,65 0,32 0,30 0,42 0,45 0,26 0,16 3,08 3,10

9 30 6 5 1,26 1,19 0,35 0,40 0,64 0,63 0,22 0,2 3,09 3,10

10 15 4 5 1,0 0,96 0,51 0,40 0,53 0,52 0,34 0,26 3,09 3,12

11 15 12 5 1,34 1,65 0,61 0,60 0,63 0,50 0,26 0,24 3,12 3,12

12 15 12 5 1,31 1,10 0,47 0,38 0,68 0,55 0,29 0,20 3,09 3,11

Среднее значение 1,31 1,10 0,47 0,38 0,68 0,55 0,29 0,20 3,09 3,11

СКО 0,49 0,33 0,19 0,10 0,17 0,15 0,05 0,04 0,02 0,01

Но особенно важно, что после указанной обработки существенно снижается среднее квадратическое отклонение показателей обработки, повышается стабильность значений показателей качества. Значительно уменьшается разброс значений радиуса профиля дорожек качения, что, как известно, оказывает положительное влияние на работоспособность подшипников.

На основе выполненных исследований предложен рациональный режим безабразивного суперфиниширования:

- время обработки - 15 с;

- сила прижима инструмента - 10 кгм

- амплитуда колебаний - 5 мкм.

Представленные результаты исследований позволяют разработать промышленную технологию производства прецизионных подшипников.

ЛИТЕРАТУРА

1. Житников Ю.З. Величина наклепа при ультразвуковом деформационном упрочнении / Ю.З. Житников, В. А. Волобуев // Автоматизация и современные технологии. 2001. № 6. С. 3-4.

2. Курс физики: учебник для вузов: в 2 т. Т. 2 / под ред. В.Н. Лозовского. 2-е изд. СПб.: Лань, 2001. 592 с.

3. Лесюк Е.А. Влияние режима ультразвуковой упрочняющей обработки на качество обрабатываемой поверхности / Е.А. Лесюк, В.П. Алехин, Ким Чанг Сик // Вестник машиностроения. 2008. № 9. С. 52-55.

Королев Альберт Викторович -

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета

Albert V. Korolev -

PhD., professor, head

of the Technology of Machine

Saratov State Technical University

Королев Андрей Альбертович -

доктор технических наук, профессор кафедры «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета

Andrey A. Korolev -

PhD., professor, head

of the Technology of Machine

Saratov State Technical University

Носков Александр Сергеевич -

аспирант кафедры «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета

Aleksandr S. Noskov -

postgraduate student of the Technology of Machine Saratov State Technical University

Статья поступила в редакцию 13.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011