CC BY
13
УДК 621.791.754.6
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС СБОРКИ КРУПНОГАБАРИТНОГО ПОДШИПНИКА С ПРИМЕНЕНИЕМ
АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКИ ДрижовВиктор Сергеевич, к.т.н., доцент
(е-mail: vdrizhov@gmail.com) Романов Юрий Геннадьевич, к.т.н., доцент (е-mail: bmsturom@yandex.ru) Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана
Рассмотрены вопросы, связанные с повышением эффективности технологического процесса сборки крупногабаритных подшипников. На основе проведенных исследований показана возможность применения для соединения полусепараторов крупногабаритных подшипников (диаметром более 200 мм) аргонодуговой сварки. Установлено, что при формировании качественного соединения при сварке образуется сварная точка диаметром - 7 мм. Испытания на отрыв показали, что прочность сварного соединения находится на уровне основного металла - разрушение развивалось по основному металлу.
Проведенные исследования распределения температур показали, что нагрев металла, в основном, происходит около сварной точки. Максимальная температура нагрева, соответствующая нагреву до 300 °С, находится на расстоянии 10 мм от ее центра. Данное обстоятельство указывает на незначительное тепловое воздействие на шарики и кольца подшипника.
Ключевые слова: подшипник, аргонодуговая сварка, точечная сварка, нахлесточное соединение.
На современном этапе одним из основных условий эффективного развития общества является обеспечение научно-технического прогресса. Ведущую роль в этом процессе как по значению, так и объему принадлежит машиностроению. Данное обстоятельство обусловлено тем, что машиностроение и металлообработка составляют наибольшую долю в отраслевой структуре экономики.
Важнейшей отраслью машиностроения, которая обеспечивает своей продукцией, практически, все машины и механизмы, выпускаемые в машиностроении, является подшипниковое производство. Отличительной особенностью данного производства является изготовление изделий в больших объемах, что обуславливает его массовый характер. Непременным условием обеспечения эффективности такого производства является высокий уровень применения автоматизированных технологических процессов.
В этом плане огромное значение имеют решения задач, связанных с разработкой и внедрением в производство перспективных комплексных тех-
нологий - технологий на основе сварки [1]. Как показывает опыт, использование таких технологий позволяет:
- уменьшить вес конструкции;
- уменьшить расход металла (КИМ увеличивается с 0,5 до 0,9);
- снизить трудоемкость изготовления (до 50%);
- улучшить условия труда (повышение уровня автоматизации и механизации).
Проблема автоматизации процесса сборки подшипников малого и среднего типоразмера успешно решается путем внедрения прогрессивной технологии соединения полусепараторов с помощью сварки.
Данная проблема решалась с применением различных способов сварки. В институте ИЭС им. Патона был предложен и опробован на предприятии метод соединения полусепараторов на основе электроннолучевой сварки [2]. При электроннолучевой сварке многолучевым электронным лучом соединение формировалось одновременно во всех свариваемых точках сепаратора. Исследования проводились для случая сборки подшипников, у которых сепараторы изготавливались из сепараторной ленты толщиной 1,0мм. Результаты показали, что прочность сварной точки равна прочности основного металла. Необходимо отметить, что при испытаниях на растяжение сепараторов, сваренных с помощью электроннолучевой сварки, разрушение по зоне соединения обнаружено не было.
Заслуживает также интерес применения лазерной сварки в технологическом процессе сборки подшипников [3]. В результате проведенных в этой работе исследований была доказана возможность применения импульсной лазерной сварки для соединения змейковых полусепараторов с ленточной толщиной меньше 1.2 мм, что соответствует подшипникам с наружным диаметром до 50 мм.
К наиболее перспективным технологическим процессам сборки подшипника можно отнести технологию соединения полусепараторов с помощью рельефной конденсаторной сварки [4]. В этом случае удается обеспечить высокую производительность производства (1200 шт/час), хорошее качества сварного соединения полусепараторов толщиной не более 1,5 мм. Кроме того, оборудование имеет относительно низкую стоимость.
Применение вышеназванных методов для сборки крупногабаритного подшипника типа 320 (наружный диаметр - более 200мм, толщина ленты сепаратора более 2 мм) вызывает большие трудности, так как увеличение толщины нахлесточного соединения приведет к существенному увеличению мощности оборудования, а также к снижению вероятности получения качественного сварного соединения.
Учитывая данное обстоятельство была проведены исследования по разработке технологии сборки подшипника с применением аргонодуговой сварки неплавящимся электродом. В этом случае соединение представляет собой два плотно прижатых листовых элементов (нахлесточный тип соединения). Необходимо отметить, что дуговая сварка точками отличается
малыми энергетическими затратами, имеет простое и дешевое оборудование. Образование сварной точки происходит за счет расплавления металла как одного, так и другого листового элемента - полусерараторов.
На рис.1 показана схема процесса соединения полусепараторов с помощью сварки. Способ сборки крупногабаритных шарикоподшипников заключается в том, что полусепараторы 1 ориентируются относительно друг друга с помощью ловителей 2. Зоны соприкосновения полусеператоров сдавливаются прижимом 3 и медной подкладкой 4. Для исключения подгорания поверхности шаров в результате шунтирования сварочного тока токоподвод осуществляется через прижим, имеющий форму полого цилиндра к верхнему полусепаратору.
А :
А
Рпс. 1 Схема сборки крупногабаритных шарикоподшипников с применением аргонодуговой сварки.
Сквозное проплавление производится электрической дугой, возбуждаемой между вольфрамовым электродом 5 и верхним полусепаратором. С целью исключения возможности возбуждения дуги между неплавящимся электродом и прижимом в последнем предусмотрена керамическая втулка 6. Защита расплавленного металла от атмосферы воздуха осуществляется путем обдува зоны сварки инертным газом - аргоном.
В результате проведенных исследований было установлено, что при сварочном токе I = 120 ^ 300 А и времени горения дуги 2 -^10 секунд получить сквозного проплавления не удалось. Необходимо отметить, что при време-
ни горения дуги свыше 5 секунд наблюдается сильный разогрев металла полусепаратора, что приводит к его перегреву, а также местному отпуску отдельных зон шаров.
Данное обстоятельство приводит к уменьшению работоспособности подшипника. С целью получения сквозного проплавления и уменьшения зоны разогрева в одном полусепараторе перед сваркой пробивалось отверстие - рис.2. Необходимо отметить, что данный вариант подготовки свариваемых элементов под точечную сварку была успешно применен для получения нахлесточного соединения из алюминиевых сплавов [5].
а б
Рис.2 Схема подготовки свариваемых элементов (а) и форма сварного соединения (б)
На основе проведенных исследований был выбран оптимальный режим сварки, параметры которого представлены в таблице 1.
При сварке на выбранном режиме образуется сварная точка диаметром -7 мм. Испытания на отрыв показали, что прочность сварного соединения находится на уровне основного металла (разрушение развивалось по основному металлу).
Таблица 1.
№ Элементы сварочного цикла Время С
1 Сварочный ток, А 200
2 Напряжение на дуге, В 22
3 Время сварки, сек 2
4 Длина дуги, мм 2
5 Вылет конца электрода из сопла, мм 4
6 Расход защитного газа, л/мин 7
7 Диаметр вольфрамового электрода (ЭВЛ), мм 3
8 Диаметр отверстия, мм 3
Проведенные исследования распределения температур позволили установить, что максимальная температура нагрева металла на расстоянии 10 мм от центра сварной точки достигает только 300 °С. Данное обстоятель-
ство указывает на то, что нагрев металла в основном происходит на площадке и оказать существенного влияния на структуру шариков и колец не может. Следует обратить внимание и на то, что при необходимости уменьшить воздействие тепла на тела качения в технологическом процессе может быть предусмотрено применение принудительного охлаждения зоны соединения интенсивной струей газа, а также медной подкладки 4 (рис.1) проточной водой.
Использование предлагаемой технологии сборки шарикоподшипников обеспечит по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
- повышение уровня автоматизации и производительности технологического процесса;
- снижение трудоемкости изготовления подшипников (исключаются такие технологические операции как пробивка отверстий в одном из двух полусепараторов, изготовление заклепок, вставка заклепок и их клепка);
- снижение расхода металла (60 тонн при объеме выпуска подшипников 200 тыс. штук);
- снижение себестоимости единицы продукции.
Выводы.
1. На основе проведенных исследований показана возможность применения для соединения полусепараторов крупногабаритных подшипников (диаметром более 200 мм) аргонодуговой сварки.
2. Испытания на разрыв металла сварного соединения сепаратора показали, что его прочность находится на уровне основного металла.
3. Анализ температурного поля позволил установить, что при выбранном режиме сварки отрицательного воздействия тепла на элементы подшипника - шарики и кольца не существенно. Зона сепаратора, отстоящая от сварной точки на 10 мм нагревается максимум до 300°С.
Список литературы
1. Лукин М.А. Научно-технический уровень сварочного производства в современной России // Сварочное производство, 2015, №12, С31-36
2. Многоточечная электроннолучевая сварка сепараторов шарикоподшипников / Кудлай В.А. И., Березовский В.Н., Болгов Э.И., Гракун В.Ф., Кузнецов Э.А., Есенович В. Д. // Автоматическая сварка, 1983, №6, - С 59-61
3. Григорьянц А.Г., Гусев А. А., ЗайчиковЕ.Г. Лазерная сварка змейковых сепараторов подшипников // Сварочное производство, 1997, №5, - С21-23.
4. Дрижов В. С., Иванов А.И., Степанов А.И. Автоматическая сварка на автомате АВК для соединения полусепараторов шарикоподшипников // Сварочное производство, 1989, №3, - С 7-9
5. В.П.Сидоров, Г.М. Короткова Сварка сжатой дугой точками с отверстием // Сварочное производство. 2015, №6, - С 31-33
Drizhov Viktor Sergeevich - Cand. Nech.Sci., associate professor (e-mail: vdrizhov@gmail.com)
Bauman Moscow State Technical University Moscow, Russian Federation Romanov Yuri Gennadyevich - Cand. Nech.Sci., associate professor
(е-mail: bmsturom@yandex.ru)
Bauman Moscow State Technical University Moscow, Russian Federation MANUFACTURE OF BEARINGS WITH ТЮ WELDING TECHNOLOGY
Abstract. Improving the efficiency of the process of assembly of large bearings is an important task. On the basis of studies demonstrated the possibility of applying for the assembly of large bearings (200 mm) TIG welding. It was found that when getting a quality connection is formed nugget diameter - 7 mm. Tests have shown that the strength of the welded joint is at the level of the base metal - destruction on the base metal. Carried temperature distribution studies have shown that heating of the metal mainly occurs on flat ground. The maximum temperature corresponding to heating to 300 ° C is found at a distance of 10 mm from the center of the nugget. This fact points to a slight thermal effect of heat on the balls and bearing race.
Keywords: bearing, argon arc welding, sport welding, lapped joints
РАЗВИТИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ИСТОРИЧЕСКИХ ПОЗИЦИЙ
Евсеев Евгений Юрьевич, аспирант Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия
Металлорежущий инструмент является одним из важнейших орудий производства. Он используется при обработке резанием всевозможных деталей на металлорежущих станках. При этом срезается часть материала заготовки в виде стружки до получения требуемой поверхности детали.
В настоящее время в машиностроении используется большое количество разнообразных режущих инструментов. Например, широко применяются токарные резцы, имеющие одну режущую часть и такие сложные инструменты, как протяжки, имеющие несколько десятков режущих зубьев.
На заре развития человеческой культуры одними из первых орудий, которыми пользовались люди в процессе своего труда, были каменные орудия. Уже в эпоху неолита человек достиг большого мастерства в изготовлении самых разнообразных каменных орудий: скребков, резцов, наконечников, иголок, кинжалов, топоров, молотков, долот, мотыг, серпов, напильников.
Каменные орудия были хрупкими, они часто ломались, а расширявшаяся производственная деятельность людей требовала более прочных орудий. Поэтому в 3—1 тысячелетиях до н. э. на смену камню пришли медь и бронза. Орудия, изготовленные из бронзы, были прочными, но им недоставало твердости и остроты каменного орудия.
Поэтому бронза не могла вытеснить каменные орудия.
Развитие ремесла настоятельно требовало создания такого материала, который сочетал бы в себе прочность бронзы и твердость камня. Таким материалом явилось железо. Оно дало ремесленнику орудия такой твердо-
