Перспективная технология изготовления колец однорядных радиальных шарикоподшипников сверхлегкой серии

НАДЕЖНОСТЬ МАШИН

УДК 621.787

Г.Н. Бизяев

ПЕРСПЕКТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛЕЦ ОДНОРЯДНЫХ

РАДИАЛЬНЫХ ШАРИКОПОДШИПНИКОВ СВЕРХЛЕГКОЙ СЕРИИ

Приведены результаты экспериментальных исследований процесса свободного дорнования наружных колец подшипника 1000805Е5, получены рациональные условия осуществления процесса. Установлено влияние на точность геометрической формы в продольном и поперечном сечении различных технологических операций.

G.N. Bizyaev

PERSPECTIVE MANUFACTURING TECHNIQUES OF RINGS SINGLE-ROW RADIAL BALL-BEARINGS OF AN EXTRALIGHT SERIES

The article cites data of experimental researches of the free mandrel process of external rings of the bearing 1000805Е5. Rational conditions of realization of process are received here. The article proves the influence on accuracy of the geometrical form in longitudinal and cross-section section of various technological operations.

В научно-производственном предприятии «Нестандартные изделия

машиностроения» (г. Саратов) был разработан перспективный технологический процесс по изготовлению колец подшипника 1000805Е5 на основе методов поверхностного пластического деформирования (ППД) из малоуглеродистой стали. Образцы изготавливались штамповкой кольцевых заготовок из листа с последующим «выворотом», далее проводились радиальная раскатка профиля на кольцераскатном автомате АРК805 и свободное дорнование для устранения погрешности формы в продольном и поперечном сечениях на автомате калибровки АКК805.

После упрочняющей химико-термической обработки (ХТО) дорожки качения колец подшипника шлифуют, тем самым удаляя высокоупрочненный поверхностный слой. Кроме того, в процессе шлифования перерезаются волокна материала, а это способствует снижению работоспособности подшипника.

Для устранения отмеченных выше недостатков и снижения трудоемкости изготовления были проведены исследования процессов раскатки, свободного дорнования тонкостенных наружных колец подшипника 1000805Е5 вместо токарной обработки и предварительного шлифования. Предварительно проводили несколько полных факторных экспериментов процесса свободного дорнования. В результате были получены экспериментальные зависимости отклонения от круглости ATFK, отклонения от

цилиндричности, т.е. показатели обработки от ширины цилиндрической части инструмента Ь, угла заборного конуса инструмента а, значения коэффициента трения скольжения п, исходной твердости заготовки НВ Т, натяга дорнования г, исходной толщины стенки заготовки 5, т.е. технологических факторов.

Атж = 22,35 • Ь-°,287 - а-0,291 -п-0,158, Атрк = 16915 • О~и58 • г-1,076 • 5-2,949 ;

Атк? = 27,632 • Ь-°,184 - а0387 -п-°,109, Атк? = 461,24 • ги18 • 5~°,947.

Выполненные исследования позволили построить математическую модель процесса свободного дорнования и с помощью симплекс-метода найти оптимальные условия осуществления процесса. В качестве критерия оптимальности принимались наименьшие значения критериев оптимизации, которые в значительной степени определяются углом заборного конуса инструмента и шириной его цилиндрической части. Ограничительными факторами являлись отклонение от круглости колец АТрК<20 мкм, отклонение от цилиндричности Ат^<20 мкм. Для этих условий оптимальными значениями факторов процесса свободного дорнования наружных колец подшипника 1000805Е5 являются: ширина цилиндрической части инструмента Ь=7,5 мм, угол заборного конуса инструмента а=2°°, значения коэффициента трения скольжения исходя из характеристик обрабатываемого материала и инструмента, а также выбранного средства охлаждения П=0,01, исходной твердости заготовки НВ Т=170, натяга дорнования г=0,13 мм, исходной толщины стенки заготовки 5=2,11 мм.

При указанных выше режимах была обработана партия колец в размере 500 штук. Из этой партии была отобрана выборка в объеме 100 колец, далее были определены статистические характеристики эмпирических распределений, затем построены эмпирические кривые распределения, по их внешнему виду было определено, к какому теоретическому распределению они приближаются, далее была проведена оценка близости эмпирического распределения к предполагаемому теоретическому.

С целью удобства обработки статистических данных большой выборки наблюденные значения разбивали на интервалы (разряды). Число таких интервалов должно быть не менее 9-15 при выборке 100 и свыше. Величина разряда должна быть больше величины деления шкалы измерительного инструмента, которым производился замер деталей в выборке, для того чтобы можно было этим компенсировать погрешности измерения.

После установления величины и числа разрядов производился подсчет частот по каждому разряду, составлялась таблица распределения, вычерчивалась практическая кривая распределения и затем производилось определение статистических характеристик распределения. Для упрощения построения кривых распределения пользовались программой «^аЙБЙса 6.0».

Замеренные значения показателей обработки изображены в виде столбцов рис. 1-4. Эмпирическое распределение аппроксимировалось теоретическим законом нормального распределения. Плавными кривыми на графиках показаны теоретические значения показателей.

Статистическая проверка гипотезы о нормальном законе распределения осуществлялась по критерию Пирсона. Принятый уровень значимости составлял 0,05. Во всех случаях при принятом уровне значимости гипотеза о нормальном законе распределения принималась.

Из рис. 1-4 видно, что рассеивание значений отклонений от круглости и

цилиндричности после свободного дорнования не выходит за пределы установленного значения допуска формы. Однако это, как известно, значительно меньше, чем поле рассеивания, обычно получаемое после токарной обработки и соизмеримо с процессами предварительного шлифования.

Как видно, максимальное значение отклонения формы для внутренних диаметров составляет 10 мкм, а для наружных диаметров это значение равно 20 мкм. Поле

рассеивания отклонений формы наружных диаметров колец подшипников несколько выше, чем поле рассеивания внутренних диаметров. По всей вероятности, это связано с более интенсивными процессами деформации при объемном деформировании вблизи внутреннего диаметра и контактными процессами на данной поверхности.

Отклонение от круглости, мм

Рис. 1. Распределение величин отклонений от круглости наружного диаметра (О) колец подшипников после свободного дорнования

-0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

Отклонение от цилиндричности, мм

Рис. 2. Распределение величин отклонений от цилиндричности наружного диаметра (О) колец подшипников после свободного дорнования

Так как наружные и внутренние кольца подшипников 1000805Е5 получаются штамповкой из листа, то после штамповки в кольцах сохраняются высокие внутренние напряжения, а поверхность колец получается нагартованной, что вызывает повышенные осевые силы дорнования. Поэтому после штамповки обычно следует операция технологического отжига.

Если процессы точения и предварительного шлифования заменяются раскаткой и свободным дорнованием, то после них должен следовать процесс упрочняющей химикотермической обработки (ХТО). Выполненные исследования показали, что точность наружных подшипников до ХТО значительно выше, чем после ХТО. Это объясняется наличием в кольцах внутренних напряжений, которые, несмотря на введение операции технологического отжига, частично остаются после штамповки и которые дополнительно возникают в процессе последующей обработки. Так, если до ХТО среднее значение отклонения диаметра от номинала составляло 22,1 мкм, то после ХТО оно возросло до 34,5 мкм, т.е. на 38,8%.

35

з

£ ^ з

з

5

0

-0,004 0,000 0,004 0,008 0,012 0,016 0,020 0,024

Отклонение от круглости,мм

Рис. 3. Распределение величин отклонений от круглости внутреннего диаметра (С) колец подшипников после свободного дорнования

50 5 0

Г I.

го ! Г

:0 ,5 10 5 0

-0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

Отклонение от цилиндричности, мм

Рис. 4. Распределение величин отклонений от цилиндричности внутреннего диаметра (С) колец подшипников после свободного дорнования

Наиболее ярко выражено влияние ХТО на величину овальности колец. Овальность всех исследуемых внутренних колец подшипника после ХТО выросла в 2,4 раза и составила в среднем 21,6 мкм вместо 9 мкм до ХТО.

Однако, несмотря на увеличение погрешности изготовления колец после ХТО, все же точность обработки вполне достаточная, чтобы заменить процесс предварительного шлифования процессом раскатки и свободного дорнования. Это позволяет существенно уменьшить припуск на операции шлифования, а следовательно, повысить производительность изготовления колец и увеличить их качество за счет сохранения более глубокого упрочненного слоя поверхности, полученного на операции химикотермической обработки.

Бизяев Григорий Николаевич -

ассистент кафедры «Технология машиностроения»

Саратовского государственного технического университета

Статья поступила в редакцию 02.08.07, принята к опубликованию 05.09.07