Научная статья на тему 'Технологическое обеспечение качества подвижных соединений при ультразвуковой сборке'

Технологическое обеспечение качества подвижных соединений при ультразвуковой сборке Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
81
33
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Технологическое обеспечение качества подвижных соединений при ультразвуковой сборке»

Штриков Б.Л., Родимов Г.А. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СБОРКЕ

Надежность машин в значительной степени определяется безотказностью работы их подвижных соединений. Вместе с тем, при сборке прецизионных узлов оценка точности соединения производится, как правило, путем измерения геометрических параметров отдельных деталей без учета несущей способности контактирующих поверхностей и их деформации из-за наличия шероховатости и состояния поверхностного слоя. Происходящая под действием рабочих нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации, приработка поверхностей контактирующих деталей нарушает достигнутые при сборке размерные связи, приводя к потере точности соединения.

Использование ультразвуковых колебаний в процессе сборки является одним из перспективных направлений повышения точности подвижных соединений за счет образования равновесной шероховатости, т.е. совмещением процесса сборки с процессом приработки. Изменение условий контактного взаимодействия поверхностей под воздействием ультразвука и протекающие при этом физико-химические процессы оказывают существенное влияние на механизм изнашивания и время образования равновесной шероховатости поверхностей [1].

С целью определения оптимальных характеристик процесса сборки подвижных соединений были проведены исследования процессов изнашивания различных металлов в ультразвуковом поле. Исследования проводились на специальной установке, позволявшей моделировать ультразвуковое трение и изнашивание в широком диапазоне скоростей относительного перемещения, удельных давлений и ультразвуковых параметров. Основными элементами установки являлись магнитострикционный преобразователь, устанавливавшийся в резцедержатель токарного станка. Одна из исследуемых пар закреплялась в центрах станка, а вторая с помощью резьбового соединения - в концентраторе ультразвукового преобразователя. Измерение нормальной и тангенциальной составляющих сил трения производилось с помощью динамометрического центра, устанавливавшегося в задней бабке станка. В горизонтальной и вертикальной плоскостях на центр наклеивались тензорезисторы, включавшиеся в мостовую схему. Сигнал с динамометрического центра поступал на осциллограф.

Для исследования трения в зону контакта вводились как нормальные, так и тангенциальные ультразвуковые колебания. При моделировании процесса изнашивания использовались следующие режимы: удельное давление в контакте поверхностей р=20...100 МПа, скорость относительного перемещения поверхностей у=0,01.1 м/с, амплитуда ультразвуковых колебаний Г=5...20 мкм.

Установлено аналогичное обычному фрикционному взаимодействию влияние удельного давления в контакте и скорости относительного перемещения поверхностей на линейную интенсивность изнашивания. С увеличением этих характеристик интенсивность изнашивания в исследуемом диапазоне растет. Введение в зону контакта тангенциальных ультразвуковых колебаний увеличивает интенсивность изнашивания в большей степени по сравнению с нормальными колебаниями. Под действием колебаний независимо от величины исходной шероховатости и твердости наблюдается интенсивное деформирование микровыступов, изменение их формы и размеров, что интенсифицирует процесс приработки поверхностей. При соприкосновении поверхностей взаимодействие их микрорельефов происходит по вершинам наиболее высоких неровностей, поэтому в начале нагружения наибольшее влияние на время приработки оказывают шероховатость, твердость материалов и время контакта.

Анализ результатов исследований и работ [2, 3] позволяет сделать вывод, что механизм приработки

поверхностей под воздействием ультразвуковых колебаний связан с интенсификацией развития сдвиговых деформаций, генерированием дефектов структуры, разрушением металлических связей, образованием новых поверхностей и увеличением их свободной энергии. Ускоряя сдвиговые деформации, ультразвуковые колебания способствуют более активному формированию равновесной шероховатости контактных поверхностей в процессе сборки, что позволяет сократить время приработки поверхностей деталей из стали с часов до нескольких секунд [4]. Причем, как показали исследования, детали, прошедшие приработку под воздействием ультразвуковых колебаний, имеют одинаковый с обычно приработанными износ при дальнейшей эксплуатации [2].

В результате исследования было установлено влияние времени приработки на параметр шероховатости детали. Так при введении в зону контакта ультразвуковых колебаний время приработки снижается с 80 секунд при обычном взаимодействии, до 6 секунд при наложении нормальных колебаний и до 4 секунд при тангенциальных колебаниях. Меньшие значения времени приработки в последнем случае связаны с более интенсивными процессами усталостного разрушения, сопровождающими тангенциальные ультразвуковые колебания.

При контакте поверхностей с одинаковой исходной твердостью наложение ультразвуковых колебаний на индентор снижает его твердость, а его шероховатость изменяется, приближаясь к шероховатости контртела до тех пор, пока не наступит равновесное состояние, характерное для данных условий трения.

Если в качестве индентора используется более твердый материал, то путем подбора соответствующих параметров ультразвуковых колебаний можно достичь значительного снижения его твердости и интенсифицировать процесс приработки. Наиболее эффективно приложение ультразвуковых колебаний на деталь с более высокой шероховатостью контактирующей поверхности. Так, при взаимодействии в ультразвуковом поле (^=6 мкм и 1=20 кГц) стали 45 и стали 40Х процесс приработки происходит в течении 5.6 секунд. Аналогичные результаты получены и при фрикционном взаимодействии закаленных сталей, только время образования равновесной шероховатости увеличивается в 2-3 раза.

Проведенными исследованиями установлено, что введение ультразвуковых колебаний в зону фрикционного взаимодействия поверхностей увеличивает интенсивность изнашивания по сравнению с обычным контактированием. При этом большая интенсивность изнашивания наблюдается при введении тангенциальных колебаний. Интенсификация процесса изнашивания способствует сокращению времени приработки поверхностей с образованием равновесной шероховатости, что создает хорошие предпосылки для управления этим процессом путем рационального выбора параметров ультразвуковых колебаний и их направления.

На основе анализа результатов исследований сопротивления пластическому деформированию и интенсивности изнашивания под воздействием ультразвуковых колебаний разработана технология, в которой совмещаются процессы сборки и приработки поверхностей. Положительный эффект достигается при введении вала во втулку с наложением на него продольных ультразвуковых колебаний и вращении одной из деталей.

Исследования показали, что достижение равновесной шероховатости при взаимодействии поверхностей под воздействием ультразвуковых колебаний при сборке происходит в зависимости от физикомеханических характеристик материалов в течение 5.30 секунд. Так при сопряжении вала и втулки изготовленных из стали 45 равновесная шероховатость образуется через 6.8 секунд, как на вале, так и на втулке. Увеличение времени контактирования поверхностей под воздействием ультразвуковых колебаний до 50.60 секунд резко ухудшает качество поверхности, что связано с образованием мостиков схватыва-

ния. Эффективность процесса возрастает при сообщении колебаний детали с большим параметром шероховатости.

Установлено, что при приработке поверхностей деталей, твердости которых существенно различаются, например, из закаленной и незакаленной сталей, ультразвуковые колебания можно сообщать только первой из них. В этом случае поверхность более мягкой детали приобретает шероховатость, близкую к шероховатости более твердой детали.

Таким образом, технология, обеспечивающая приработку поверхностей в процессе сборки, улучшает качество подвижных соединений путем повышения их точности благодаря образованию равновесной шероховатости непосредственно в процессе сборки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Комбалов В.С. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ. - М: Наука, 1974. - 112 с.

2. Филяев А.Т. Изнашивание в ультразвуковом поле. - Минск: Наука и техника. 1978. - 288 с.

3. Северденко В.П., Клубович В.В., Степаненко А.В. Прокатка и волочение с ультразвуком. - Минск: Наука и техника. 1970. - 288 с.

4. А.с. № 1682111 СССР. Способ сборки подвижного соединения типа вал-втулка / В. А. Николаев, М.А. Куликов, Б.Л. Штриков.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.