CC BY
5ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ УДК 622.922.3
ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ
СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ ПОСЛЕ ШЛИФОВАНИЯ КРУГАМИ С КОНТРОЛИРУЕМОЙ ФОРМОЙ ЗЕРЕН
А.Н. КОРОТКОВ, доктор техн. наук, профессор, Л.П. КОРОТКОВА, канд. техн. наук, доцент, Н.В. ПРОКАЕВ, ст. преподаватель, Е.С. ШМАКОВ, магистр, (КузГТУ, г. Кемерово)
Статья поступила 17 ноября 2010 г.
605526, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28, Кузбасский государственный технический университет, e-mail: msikuzstu@mail.ru
Проведены исследования влияния формы зерен в шлифовальных кругах на качество процесса обработки колец подшипников. Установлено, что путем целенаправленного и дифференцированного подхода к выбору формы зерен можно добиться значительного снижения шероховатости обработанных поверхностей. При этом теплонапряженность процесса шлифования не возрастает - отсутствуют прижоги и выгорание химических элементов.
Ключевые слова: шлифовальные круги, форма шлифовальных зерен, чистовая обработка колец подшипников, шероховатость, микротвердость, химические элементы, растровый микроскоп.
Researches of the abrasive grains form influence in grinding circles on quality of process of processing of rings of bearings are conducted. It is established that through a targeted and differentiated approach to the choice of form of grains can achieve a significant reduction in surface roughness. In this case, thermal stress of the grinding process doesn't increase - are absent and burn-up of chemical elements.
Key words: grinding wheels, grinding grain shape, finishing processing of rings of bearings, roughness, microhardness, chemical elements, scanning microscope.
От состояния поверхностей качения подшипников во многом зависит надежность и долговечность их работы, поэтому полезно знать те факторы, которые оказывают существенное влияние на формирование качества этих поверхностей [4, 5].
Данная работа (как и предыдущая [1]) направлена на изучение качества обработанных поверхностей колец подшипников из термически упрочненной стали ШХ15 после чистового шлифования инструментами с контролируемой формой зерен.
Качество шлифованных поверхностей оценивалось по шероховатости, микротвердости, микроструктуре и характеру ее изменений в поверхностных слоях детали, а также по распределению химических элементов в поверхностном слое металла шлифованных колец подшипников.
Для изучения влияния формы шлифовальных зерен на качество обработки поверхностей колец подшипников на кафедре «Металлорежущие станки и инструменты» КузГТУ были изготовлены партии опытных шлифовальных кругов (в количестве 140 шт.) с характеристиками:
ПП 63х12х16 25А10 [Кф] СМ1 5 К5;
ПП 40х7х6 25А10 [Кф] СМ1 5 К5.
В этих кругах, в отличие от стандартных инструментов, использовались зерна с контролируемой формой, разновидность которой отражается коэффициентом [Кф].
Экспериментальные круги на керамической связке изготавливались на абразивном участке ОАО «РОЛТОМ». Особенностью технологии изготовления экспериментальных кругов являлось использование предварительно отсортированных шлифовальных зерен с разными коэффициентами формы Кф (от 1,2 до 2,88). При этом в рецептуру вносились коррективы с целью обеспечения одинаковой твердости шлифовальных кругов, так как зерна разной формы имеют разную насыпную массу.
Установлено, что форма зерен значительно влияет на все аспекты процесса микрорезания [2, 3]. Так, при неблагоприятной геометрии зерна, находящегося на рабочей поверхности инструмента, оно не режет металл, а лишь деформирует и нагревает его. Для лезвийных инструментов вопрос влияния их геометрических параметров глубоко изучен, и для каждого случая резания рекомендуется своя конкретная геометрия режущего клина, позволяющая эффективно вести обработку метал-
ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ла. Для шлифовальных же инструментов и зерен, которые находятся на их рабочих поверхностях и тоже являются своего рода микрорежущими клиньями, таких рекомендаций пока нет.
Опытные шлифовальные круги испытаны в производственных условиях ООО «ФАЛАР» и ОАО «РОЛТОМ», где ими на внутришлифовальных станках моделей 8Ж4Б и 3К228В велась обработка колец подшипников на типовых режимах резания: ^ = 0,173 мм, = 0,009 мм/об, V = 50 м/с. В процессе обработки осуществлялась автоматическая правка опытных кругов так же, как это делалось со стандартными кругами, а шлифование производилось с наличием СОЖ и в двух вариантах - с выхаживанием и без него.
В ходе шлифования на произвольно взятых обрабатываемых кольцах осуществлялся контроль шероховатости на профилометре «ТАЬУ8иКР». Полученные усредненные результаты говорят о том, что форма зерен в круге оказывает существенное влияние на шероховатость обработанных колец. Так, при изменении коэффициента формы зерен в круге с 2,88 до 1,2 наблюдается снижение шероховатости обрабатываемых поверхностей подшипника № 205 в 1,9 -2,2 раза (в зависимости от наличия или отсутствия выхаживания), а для подшипника № 307 это снижение составляет соответственно 1,8 - 1,95 раза. То есть
более низкую шероховатость поверхности дают изометрические зерна, которые заглаживают микронеровности и срезают полукруглую в сечении стружку. Пластинчатые зерна оставляют более глубокие риски и царапины на поверхности детали и соответственно формируют более высокую шероховатость.
В процессе шлифования часть зерен режет металл, а другая пластически деформирует поверхностный слой и наклепывает его. Возникающее в результате резания и деформации металла большое количество тепла может оказать влияние на структуру металла. Причем это влияние может быть взаимосвязано с формой зерен.
За счет наклепа микротвердость в поверхностных слоях должна возрасти, но в результате теплового воздействия могут происходить также явления рекристаллизации, если температура в зоне резания превышает температурный порог рекристаллизации. В зависимости от температуры рекристаллизация может быть первичной либо собирательной, а может и не состояться, если температура в зоне резания будет ниже температурного порога рекристаллизации. В случае наличия очень высоких температур в поверхностных слоях может возникнуть явление самоотпуска, сопровождающееся снижением твердости или возникновением прижогов.
I-[
б
а
в г
Рис. 1. Микроструктура поверхностного слоя дорожки качения подшипника (а) и распределение химических элементов: углерода (б), хрома (в), железа (г) после шлифования кругами с Кф = 1,2
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Результаты исследований микроструктуры дорожек качения подшипников после шлифования кругами с разной формой зерен подтверждают наличие взаимосвязи «форма зерен - микротвердость обработанной поверхности». Так, при изменении значений Кф от 1,7 (стандартный круг) до 1,2 происходит увеличение микротвердости шлифованной поверхности колец подшипников № 307 и № 205 с 13 500 МПа до 16 500 МПа из-за явления наклепа. Менее заметна такая тенденция после операции выхаживания, на которой, возможно из-за длительности выхаживания, уменьшается глубина слоя с повышенной твердостью.
Исследование микроструктуры в поверхностных слоях дорожек качения подшипников, в том числе на растровом электронном микроскопе модели БУ050 ХУР при увеличении до X 5000, не выявили изменения микроструктуры в кольцах, обработанных в более интенсивных условиях шлифования, формируемых за счет использования кругов с Кф = = 1,2. Микроструктура состоит из мартенсита и вторичных карбидов (рис. 1, а) без наличия микротрещин.
На фотографиях (рис. 1 а, б, в, г) представлены результаты исследований по изменению в химсоставе поверхностного слоя колец подшипников после обработки кругами с контролируемой формой зерен.
Полученные снимки показывают, что существенных изменений в распределении химических элементов в поверхностном слое дорожек качения подшипников из-за теплового воздействия не наблюдается (отсутствует выгорание углерода, хрома и железа, а легирующие элементы распределены однородно).
ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ
Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что, целенаправленно изменяя форму зерен от игольчатой (Кф = = 2,88) до изометрической формы (Кф = 1,2) в шлифовальных кругах, можно управлять качеством обработки поверхностей колец подшипников, что, в свою очередь, положительно отразится на их долговечности и стойкости и, как следствие, на надежности оборудования и механизмов, в которых они работают.
Список литературы
1. Короткова Л.П., Прокаев Н.В. Качество поверхности наружных колец подшипников, обработанных шлифовальными кругами с контролируемой формой // Обработка металлов. - 2002. - № 2 (35). - С. 19-22.
2. Дубов Г.М. Влияние формы шлифовального зерна на теплонапряженность процесса обработки отрезными кругами на бакелитовой связке (тезисы докладов) // «Проблема повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе». Тезисы 4-й Всероссийской научно-практической конференции. Новосибирск, 23 марта 2006 г. - Новосибирск: Изд-во НГТУ - 2006. - С. 39-41.
3. Повышение эксплуатационных возможностей шлифовальных инструментов: монография / А.Н. Коротков. -Кемерово: ГУ КузГТУ, 2006. - 233 с.
4. Эльянов В.Д., Байор Б.Н. Пути повышения точности и производительности шлифования желобов наружных колец шарикоподшипников. - М.: НИИИавтопром, 1972. - С. 35-42.
5. Качество подшипников, технология обеспечения, методы и средства контроля / под ред. И.К. Ховрина - М.: ВНИПП, 1974. - С. 116-127.
