CC BY
56
УДК 537.534, 620.179. 112.(075.8)
371-279-868
А.С. Носков, А.В. Королев
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ ДОРОЖКИ КАЧЕНИЯ ПОДШИПНИКОВ ТВЕРДОЙ ГРАФИТОВОЙ СМАЗКИ МЕТОДОМ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ
ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ
Представлены экспериментальные данные процесса обработки ультразвуком дорожек качения упорных подшипников.
Ультразвуковое выглаживание, поверхностно-упрочняющая обработка,
суперфинишная обработка
A.S. Noskov, А/V. Korolev
TECTNOLOGY RESEARCH APPLIED TO A SURFACE RACEWAY BEARING SOLID GRAPHITE LUBRICANT BY ULTRASONIC SURFACE TREATMENT
Experimental data processing ultrasound thrust bearings raceways are presented.
Ultrasonic processing, strengthening process, superfinish processing
При обработке дорожек качения упорных подшипников предложена идея о том, что применение УЗК активирует поверхностные слои деталей, что позволяет их пластически деформировать, тем самым формируя поверхность качения. При этом происходит активация поверхностных слоев металла, что приводит к возникновению дефектов в кристаллической решетке металла и позволяет наносить покрытие из углерода, с диффузионным эффектом.
На кафедре «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета разработана прогрессивная технология обработки поверхностей типа дорожек качения колец упорных подшипников ультразвуковым выглаживанием с нанесением твердой графитной смазки.
Для обеспечения заданных параметров качества дорожек качения колец упорного подшипника ультразвуковым выглаживанием важно определить рациональные режимы обработки. Для определения этих режимов провели экспериментальные исследования процесса выглаживания. Экспериментальные исследования подтвердили эффективность предложенной методики
В качестве объекта исследований использовались кольца подшипников 1118-2902840-04. Подшипник предназначен для восприятия радиальных и осевых нагрузок в верхней опоре стойки передней подвески автомобилей семейства ВАЗ, моделей «Калина», «Приора» и «Гранта».
Обработка дорожек качения упорных подшипников велось по следующей схеме: ось вращения кольца упорного подшипника устанавливают вертикально. Ось выглаживателя устанавливают параллельно оси кольца подшипника.
Графит использовали трех видов: терморасширенный графит мелкодисперсный, с размером частиц 0,1 мм, терморасширенный графит, с размером частиц 0,5 мм, и обычный аккумуляторный графит АКГ05 с размером частиц 0,3-0,5 мм. На обрабатываемую поверхность насыпается графит в свободном, не связанном виде и в процессе обработки придавливается выглаживателем к обрабатываемой поверхности. Выглаживатель изготовлен из ВК6 двух размеров: 0 5,2 мм и 05,6 мм.
Для получения математической модели процесса выглаживания дорожек качения упорных подшипников использовали метод полу-факторного эксперимента 24-1.
Регулируемыми факторами являлись: 0 выглаживателя (5,2 мм и 5,6 мм), время обработки (20 и 60 с), сила прижатия выглаживателя к обрабатываемой поверхности (10 кг и 16 кг) и частота вращения заготовки (240 и 360 об/мин).
За параметр оптимизации принята производительность процесса выглаживания. Ограничительными факторами являлись радиус дорожки качения R, и момент сопротивления вращению М.
Для проверки критерия однородности дисперсии использовался критерий Кохрена, с уровнем значимости 0,05, значимость коэффициентов регрессии оценивалась по t1 - критерию Стьюдента с
уровнем значимости 0,05, оценка адекватности модели определялась по критерию Фишера с уровнем значимости 0,05.
В результате обработки экспериментальных исследований были получены математические модели, устанавливающие связи радиуса дорожки качения, момента сопротивлению вращению с основными влияющими факторами: диаметра выглаживателя, временем выглаживания г, силой давления на выглаживатель и частотой вращения заготовки п при обработке колец подшипников. Математические зависимости имеют следующий вид:
Я = 1.097 ■ Я
■ р
М =-1.33 ■ Я-0Л24 ■ г_0’079
0,018 0.01 ■п
0-0,103 -0,036
р ■ п
(1) (2)
Как видно из равенства (1), непосредственное влияние на радиус дорожки качения оказывает диаметр выглаживателя и время обработки, сила, воздействующая на выглаживатель и частота вращения заготовки тоже оказывает влияние, но в меньшей степени. Из равенства (2) видно, что два основных влияющих фактора на момент трения в подшипнике оказывают диаметр выглаживателя и сила, с которой он давит на обрабатываемую поверхность. В меньшей степени оказывают влияние время обработки и частота вращения заготовки. При этом, как видно из уравнения (2), зависимость обратная, т.е. с увеличением основных параметров момент уменьшается.
На рис. 1-3 показано влияние на радиус дорожки качения подшипника исследуемых факторов. На каждом графике представлено влияние одного из факторов на верхнем, нижнем и промежуточных значениях прочих факторов. В подрисуночной подписи указаны размерности величин.
Из рис. 2 видно, что при увеличении диаметра выглаживателя радиус дорожки качения подшипника тоже увеличивается. При этом изгибы на графике зависят от предыдущих методов обработки, т.е. имеет место технологическая наследственность. Из графика 3 видно, что при увеличении нагрузки действующей на выглаживатель радиус дорожки качения тоже увеличивается.
По проведенному анализу на микрошлифах стало известно, что толщина слоя углерода на поверхности дорожки качения составляет до 0.5 мм. Глубина измененного слоя металла составляет до 0,3 мм. Структура металла становится ферритной (рис. 4).
Рис. 1. Зависимость радиуса Я(г, г, Р, п) (мм) дорожки
качения подшипника от радиуса выглаживателя при максимальных, средних и минимальных значениях других факторов
Рис. 2. Зависимость радиуса Я(г, г, Р, п) (мм) дорожки качения подшипника от силы давления выглаживателя при максимальных, средних и минимальных значениях
Рис. 3. Зависимость момента М (г, г, Р, п) (Н/м) подшипника от радиуса выглаживателя при максимальных, средних и минимальных значениях
Рис. 4. Фотографии микрошлифов дорожек качения с увеличением 1:100
Проведенные экспериментальные исследования показали:
1. Разработан новый перспективный способ обработки дорожек качения упорных подшипников.
2. Разработана методика полуфакторного эксперимента 24-1, позволяющего провести исследования на двух уровнях исследуемых факторов и тем самым снизить трудоемкость экспериментальных исследований, а также выявить влияние каждого из исследуемых факторов.
3. Статистическая обработка результатов исследований обеспечила возможность выявить искомые математические зависимости. Математические модели адекватны с 95% вероятностью.
4. На основе выполненных исследований выявлены оптимальные режимы обработки: г = 2.8мм , г = 30с , Р = 16кг ; п = 360об / мин .
ЛИТЕРАТУРА
1. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова; под ред. В.В. Ященко. М.: Наука, 1976.
Королев Альберт Викторович -
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета
Носков Александр Сергеевич -
аспирант кафедры «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета
Статья п
Albert V. Korolev -
PhD in Science, professor, head of the Technology of Machine, Saratov State Technical University
Aleksandr S. Noskov -
postgraduate student of the Technology of Machine, Saratov State Technical University
в редакцию 30.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011
