Совершенствование метода обработки полых тел сферической формы

УДК 621.775. 2

А.П. Бочкарев СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ОБРАБОТКИ ПОЛЫХ ТЕЛ СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

Рассматриваются способы абразивной обработки нежестких тел сферической формы, имеющих применение в авиации. Эти способы были апробированы на практике и показали свою эффективность в условиях единичного, мелко- и среднесерийного производства.

Полая сфера, толщина стенки, заготовка, метод обработки

A.P. Bochkaryov

IMPROVEMENT OF PROCESSING OF HOLLOW BODIES OF SPHERICAL SHAPE

The paper discusses how non-rigid-body abrasion spherical shape that has applications in aviation. These methods have been tested in practice and proved to be effective in a single, small and medium sized production.

Flight sphere, thickness of the wall, stocking up, method of the processing

При эксплуатации высокоскоростных подшипниковых узлов, используемых в современной авиационной и космической технике, все острее проявляется проблема создания новых конструкций подшипников, обладающих высокой долговечностью и безотказностью. В последние 20-30 лет в подшипниковой промышленности ведутся исследования с целью разработки подшипниковых узлов, работающих при больших нагрузках, высоких скоростях вращения, повышенных температурах. Методы расчета подшипников качения общего применения на протяжении длительного времени не претерпевали значительных изменений. Объясняется это тем, что заложенный в них 90 % уровень надежности на определенном этапе удовлетворял требованиям всех отраслей техники. Существующие методы позволяют с помощью полуэмпирических зависимостей определять расчетную долговечность подшипников и с помо-

щью формул, основанных на теории Герца, проверять контактные напряжения, которые для каждой конструктивной разновидности не должны превышать некоторых заданных значений.

Появление новых отраслей техники, нуждающиеся в высокоточных подшипниках с большим сроком службы (10000 ч. и более) и высоким уровнем надежности (99,9 % и выше), поставило перед подшипниковой промышленностью задачу создания новых конструктивных разновидностей узлов качения, отвечающим этим требованиям. Примером могут служить подшипники с полыми телами качения - полыми шариками. Эти подшипники по сравнению с аналогичными традиционными подшипниками со сплошными шариками имеют ряд преимуществ: обладают меньшей массой (что обуславливает их применение в авиастроении и космической технике), более быстроходны, малошумны, имеют меньший момент страгивания и пр. Но широкому использованию полых тел качения в подшипниковых узлах препятствует отсутствие рациональных технологий, как получения заготовок полых шариков, так и их механообработки.

Десятки лет отечественные и зарубежные специалисты работают над созданием способа, позволяющего получить заданное многоосное вращение шара в зоне обработки. Разработаны десятки способов и устройств, которые можно условно разделить на две крупные группы, принципиально отличающиеся по схемам обработки. К одной группе можно отнести способы и устройства, основанные на дисковой схеме обработки, ко второй - способы и устройства, использующие бесцентровую схему обработки сферических тел. Лидирующее место по использованию в промышленности заняли способы и устройства, в основе которых лежит дисковая схема обработки. Основная часть предприятий с массовым и крупносерийным типом производства использует именно такую схему. Это, в подавляющем большинстве, предприятия подшипниковой промышленности, выпускающие подшипники качения с традиционными сплошными телами качения. Оборудование, использующее дисковую схему, имеет простую кинематику, несложно в обслуживании и достаточно производительно. К слабым местам дисковой обработки можно отнести высокое давление в зоне резания, необходимое для интенсификации снятия припуска и невозможность управлять величиной и расположением получаемой развертки сферы. Это особенно важно для тел, геометрически представляющих собой сферический фрагмент, а также полых шаров, имеющих пониженную конструктивную жесткость. Поэтому, использование оборудования, применяемого для шлифования полых шариков на предприятиях подшипниковой отрасли нерационально по двум основным причинам:

1) высокое технологическое давление, необходимое для активизации процесса удаления припуска, может привести к деформации полых шариков и даже их повреждению;

2) так как полые шарики пока еще выпускаются ограниченными партиями на предприятиях не подшипникового профиля, то специальное оборудование будет по большей части простаивать, а значит, закупать его экономически не целесообразно.

В связи с этим для обработки небольших партий полых шариков гораздо выгоднее использовать универсальное оборудование.

В связи с этим, нами предложен новый способ [3] бесцентрового шлифования шариков, в том числе полых.

Устройство для реализации способа содержит шлифовальный круг 1, с выполненными на его рабочей поверхности винтовыми канавками 2, абразивный ведущий круг 3, с выполненной на его рабочей поверхности винтовой канавкой 4 и скошенный опорный нож 5, на котором размещают обрабатываемые шарики 6 (рисунок).

Способ осуществляют следующим образом: шарик 6 получает вращение от ведущего круга 3 в сторону противоположную вращению шлифовального круга 1. Винтовые У-образные канавки 4 ведущего круга 3 перемещают вращающиеся шарики 6 по поверхности шлифующих участков 7 шлифовального круга 1 вдоль оси его вращения. При прохождении обрабатываемым шариком 6 зоны винтовой канавки 2, выполненной на рабочей поверхности шлифовального круга 1, происходит прерывание контакта шарика 6 со шлифующими участками 7. Шарик 6 освобождается от действия на него сил резания и, в этот момент, происходит изменение динамического состояния технологической системы: шарик -ведущий круг - шлифовальный круг - опорный нож и шарик меняет свою ориентацию в пространстве. В результате этого происходит мгновенный разворот шарика на некоторый угол, величина которого зависит от многих как систематических, так и случайных факторов - времени прерывания контакта, шероховатости поверхностей обрабатываемой заготовки и опорного ножа, частоты вращения ведущего и шлифовального кругов, обрабатываемой заготовки, неравномерности распределения припуска по поверхности сферы, твердости материала шарика, коэффициентов трения контактных поверхностей и др. После прохождения шариком зоны винтовой канавки на шлифовальном круге он снова вступает в кон-

такт со следующим шлифующим участком 7, что опять приводит к появлению натяга в технологической системе, изменению ее динамического состояния и развороту шарика, но уже под действием сил резания.

г

Схема способа обработки шарика:

1 - шлифовальный круг; 2 - винтовая канавка; 3 - ведущий круг;

4 - винтовая У-образная канавка; 5 - опорный нож; 6 - обрабатываемый шарик

Выполнение на шлифовальном круге канавки и, следовательно, шлифующих участков по винтовой линии позволяет многократно прерывать контакт шарика со шлифовальным кругом, что позволяет вести обработку дискретно, сферическими сегментами и осуществлять многократный разворот шарика вокруг своей оси и, в результате, вести обработку по всей обрабатываемой сферической поверхности. Так как шлифовальный круг имеет частоту вращения на порядок выше частоты вращения ведущего круга, то только за один оборот шарика вокруг своей оси он несколько десятков раз теряет ориентацию в пространстве и меняет свое угловое положение. Поэтому, за один проход вдоль периферии шлифовального круга шарик совершает несколько тысяч разворотов в зоне резания, что позволяет обработать поверхность шарика полностью. Мгновенные развороты шарика по величине очень незначительны - разворот происходит на малый телесный угол, за счет чего дискретность обработки не велика, а это способствует повышению качества обрабатываемой поверхности.

Предлагаемый способ может найти широкое применение для обработки деталей сферической формы в серийном производстве. Для этих целей можно использовать серийно выпускаемое бесцентрово-шлифовальное оборудование после его незначительной модернизации. В условиях изготовления небольших или одноразовых партий шариков применять специальное оборудование, используемое в массовом производстве для шлифования шариков, нецелесообразно, так как оно будет большей частью простаивать. Серийные же, бесцентрово-шлифовальные станки после обработки партии шариков можно переналаживать на изготовление другой продукции, выпускаемой по номенклатуре производства. Кроме того, предлагаемый способ, как показали экспериментальные исследования, позволяет производить обработку шариков со значительной величиной припуска в несколько десятых долей миллиметра, с высокой точностью и хорошим качеством поверхности. Это позволяет использовать такой метод на этапе как черновой, так и чистовой обработки. Еще одним достоинством этого метода является возможность обрабатывать сферические тела с пониженной жесткостью - полые тонкостенные шарики. Как показали экспериментальные исследования, при обработке полых шариков размером 1 дюйм, можно получать толщину стенок до 1 мм без пластического деформирования сферы, т.е. потери ее формы. Это достигается за счет малых величин сдавливающих сил при обработке, в отличие от дисковой обработки, использующей многотонное давление при изготовлении сплошных монолитных шариков.

ЛИТЕРАТУРА

1. Васин А.Н. Получение заготовок полых тел качения / А.Н. Васин, П.Ю. Бочкарев // Технология машиностроения. 2004. № 4 (28). С. 3-6.

2. Васин А.Н. Влияние величины и расположения припуска по сферической поверхности заготовки при изготовлении тел качения / А.Н. Васин, П.Ю. Бочкарев // Технология машиностроения. 2005. № 9 (39). С. 18-22.

3. Пат. РФ № 2212979. Способ изготовления полых монолитных деталей / П.Ю. Бочкарев // Б.И. 2003. № 27.

Бочкарёв Антон Петрович -

аспирант кафедры «Проектирование технических и технологических комплексов» Саратовского государственного технического университета

Anton P. Bochkaryov -

The post-graduate student of chair «Designing of technical and technological complexes» Saratov State Technical University

Статья поступила в редакцию 13.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011

УДК 621.9.048.7:621.9.025

Б.М. Бржозовский, В.В. Мартынов, Е.П. Зинина, В.О. Стариннова

ИСХОДНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПЛАЗМЕННОЙ МОДИФИТТИКАТТИИ РАБОЧЕЙ ЧАСТИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Сформулированы предпосылки для проведения экспериментального исследования влияния параметров процесса плазменной модификации на микротвердость рабочей части режущего инструмента.

Процесс плазменной модификации, режущий инструмент, планирование эксперимента, микротвердость

B.M. Brzhozovsky, V.V. Martynov, E.P. Zinina, V.O. Starinnova

INITIAL CONDITIONS FOR EXPERIMENTAL STUDY OF THE PROCESS OF PLASMA UPDATE A WORKING OF CUTTING TOOL

Formulated conditions for the pilot study of the effect of process parameters on the micro hardness plasma modification of the working of the cutting tool.

Plasma modification process, cutting tools, design of experiments, the micro hardness

Исследования работоспособности режущего инструмента, модифицированного воздействием низкотемпературной плазмы комбинированного разряда, в условиях реального производства [1] позволили констатировать, что их результаты не всегда являются однозначными. Наряду с увеличением времени стойкости имеют место ситуации, в которых происходят поломки инструмента по различным причинам, часть из которых является следствием существенного разброса оценок микротвердости модифицированной поверхности, особенно в приповерхностных слоях. В связи с этим актуальным является экспериментальное исследование воздействия низкотемпературной плазмы на поверхность режущей части инструмента с целью получения исходных данных:

- для оценки возможности использования микротвердости в качестве интегрального показателя эффективности процесса воздействия;

- для оптимизации процесса воздействия по критерию получения максимально возможного значения микротвердости.

В постановочном плане это является типичными задачами планирования эксперимента и предполагает последовательное выполнение ряда этапов, наиболее важными из которых в данном случае являются выбор входных и выходных переменных, области экспериментирования (диапазонов изменения входных переменных), математической модели, с помощью которой будут представляться экспериментальные данные и плана эксперимента [2].

Входные переменные (обычно их называют факторами) определяют ход и результат эксперимента. Главное требование к ним - управляемость, под которой понимается установление нужного значения фактора (уровня) и поддержание его в течение всего опыта (в этом состоит особенность активно-20