CC BY
16
ТЕХНОЛОГИЯ ВИБРОСТАБИЛИЗАЦИИ ДЕТАЛЕЙ ПОДШИПНИКОВ НА ОПЕРАЦИЯХ ОЧИСТКИ1
Королев Альберт Викторович, д.т.н., профессор, преподаватель кафедры "Технология машиностроения" (science7@bk.ru) Мухина Елена Вячеславовна, аспирантка кафедры "Технология машиностроения "(lento4ka.2013@mail.ru) Саратовский государственный технический университет
им. Гагарина Ю.А.
В данной статье рассматривается вопрос чистки и сушки деталей от технических загрязнений. Анализируются существующие способы отчистки изделий и отмечаются их недостатки. Предложена новая технология очистки деталей вращения воздушным потоком и математически доказывается её преимущество перед аналогами.
Ключевые слова: сушка, отчистка воздушный поток, вращение, вибрации.
Одной из важных операций технологичесого процесса изготовления различных деталей точного машиностроения являются операции очистки деталей от технологических загрязнений и последующая их сушка. В промышленности применяются многие способы очистки изделий от загрязнений [1,2] в которых изделие помещают в камеру с моющей жидкостью, придают изделию вращение, а моющую жидкость с напором непрерывно прокачивают через камеру. Недостатки этих способов заключаются в низкой интенсивности очистки и необходимости последующей сушки деталей, что повышает трудоемкость и энергоемкость технологической операции.
В некоторых случаях для очистки деталей применяют воздушный поток, подаваемый на очищаемую поверхность, а обработку изделия проводят в режиме прецессии оси вихревого потока и оси изделия относительно оси вихревой камеры [3]. Одним из недостатков данного способа является сложность его практической реализации, так как для создания вихревого потока воздуха необходимо специальное устройство, и устройство для создания прецессии детали, а так как вихревой поток быстро теряет энергию по мере удаления от источника, то это требует наличия высокого давления воздуха. Другим недостатком является низкая эффективность очистки детали, так как вихревой поток с разной интенсивностью воздействует на различные участки не вращающейся детали, что не гарантирует удаление загрязнений и влаги по всей поверхности.
Авторами разработана технология очистки деталей вращения воздушным потоком, подаваемым под давлением на очищаемую поверхность, при котором детали придают вращение вокруг своей оси с
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России ФЦП - Соглашение № 14.574.21.0015 от 17.06.2014 (уникальный идентификатор соглашения RFMEFI57414X0015)
частотой, достаточной для удаления мелких частиц и влаги под действием центробежной силы с очищаемой поверхности, и помимо этого вибромеханические колебания в осевом направлении с частотой и амплитудой достаточной для снятия остаточных напряжений и стабилизации геометрических параметров.
Так как детали придают вращение, то это обеспечивает, с одной стороны, более эффективное удаление загрязнений и частиц влаги, так как на них помимо потока воздуха действует и центробежная сила, с другой стороны это обеспечивает одинаковое технологическое воздействие потока воздуха на всю очищаемую поверхность. Все это обеспечивает более высокое качество очистки. Струя сжатого воздуха напрямую воздействует на очищаемую поверхность и поэтому не требуется сложных устройств для создания движения прецессии детали, вихревых потоков воздуха, а очистка поверхности может осуществляться при меньшем давлении воздуха. Это способствует достижению задачи уменьшения сложности практической реализации способа. Вибрации детали в осевом напралении обеспечивают уменьшение остаточных напряжений, стабилизации геометрических параметров, а также снижают силу трения загрязнений с обрабатываемой поверхности, что дополнительно способствует ее очистки.
На рисунке 1 представлена схема осуществления очистки и сушки деталей вращения предлагаемым способом. Деталь 1 в виде кольца упорного подшипника с дорожкой качения 2 вращают вокруг его оси с частотой п. Частота вращения кольца должна обеспечить центробежную силу, позволяющую удалять загрязнения и влагу под действием этой силы. Одновременно на поверхность дорожки качения 2 с помощью сопла 3 подается под давлением сжатый воздух. Воздействие сжатого воздуха суммируется с действием центробежных сил, что позволяет активизировать процесс очистки и сушки поверхности детали. Угол а наклона сопла к обрабатываемой поверхности должен быть оптимальным, обеспечивающим максимальное воздействие на обрабатываемую поверхность. Кроме этого детали
сообщаются колебания вдоль ее оси с частотой ^ и амплитудой А.
Таким способом подвергали очистке дорожку качения упорного кольца подшпника 1118-2902840, используемого в верхней опоре стойки передней подвески автомобилей ВАЗ «Калина», «Приора», «Гранта» и др. Диаметр очищаемой дорожки качения ^ = 70 мм, ширина очищаемой дорожки качения Ь = 5 мм. Для осуществления очистки кольцо устанавливали на оправке и придавали ему вращение и колебания вдоль оси с частотой ? = 50 гц. и амплитудой А=1 мм. С помощью специального сопла, установленного под углом атаки 30-60 градусов, на поверхность дорожки против направления вращения детали подавали воздух под давлением 3-6 атмосфер. Выходное отверстие сопла устанавливали равным Ь = 5мм., чтобы струя воздуха концентрировалась на очищаемой поверхности. Указанные параметры выбирали на основе экспериментальных исследований.
Частоту вращения кольца определяют по формуле:
п >
ч
л-g
2-ж2 -d , (1)
где ^ - коэффициент трения загрязнений относительно обрабатываемой поверхности; & - ускорение свободного падения; ^ - диаметр очищаемой поверхности.
В условиях примера из формулы (1) находим:
n >
\
0,5 - 9,8 2 ./
— = 2об/с
2-ж2 -0,06
Такой частоты вращения детали достаточно для удаления свободно лежащих на поверхности загрязнений. Но если загрязнения образуют химические связи с очищаемой поверхностью, то в таком случае частоту вращения детали следует увеличить. Принимаем п = 5 об/с.
Обычно жидкость создает недиссоциативную адсорбцию с поверхностью детали. Поэтому энергия, передаваемая жидкости в процессе очистки, должна быть больше энергии ее адсорбции на очищаемой поверхности. Исходя из этого условия определяли потребное время обработки:
2 • 106 • ж т>- у
4-ж2 - f3 -+ ж2 -d2 -n3
ж (2)
где ж - удельная энергия недиссоциативной адсорбции молекул жидкости на очищаемой поверхности , Дж/кг (для воды примерно равная 40 Дж/кг.); ^ - диаметр очищаемой поверхности, мм.
Подставляя в формулу (2) исходные данные, получаем:
> 2-106•40 „ т >-= 13
ж2702 • 53 с
Принимали т =15 с.
Подача сжатого воздуха на очищаемую поверхность обеспечивает дополнительное воздействие на загрязнения, а также позволяет осуществлять сушку поверхности от возможных остатков влаги. Для этого из воздуха предварительно должна быть удалена влага.
Время, необходимое для стабилизации геометрических параметров изделий определяли по методике, изложенной в работе [4]. Оно составляет 10с., т.е. укладывается в ранее принятое время.
Одновременное воздействие на обрабатываемую поверхность трех факторов - вращения детали, ее колебаний и воздействие потока сжатого воздуха, позволяет обеспечить снятие остаточных напряжений, стабилизировать геометрические параметры детали, активизирует процесс очистки и сушки деталей и тем самым способствует достижению высокого качества деталей. Вместе с тем осуществление способа основано на использовании
простых широко применяемых технических средств, что упрощает его практическое применение.
Подобным образом могут подвергаться очистке и сушке не только детали типа колец упорных подшипников, но и колец всех других типов подшипников - радиальных и радиально-упорных шариковых, роликов, игольчатых, сферических, шарнирных подшипников, и многих других деталей вращения- валов, втулок, осей, зубчатых колес и т.д.
В результате практического применения указанной технологии обеспечили повышение качества очистки и сушки поверхности тел вращения, удалили из детали остаточные напряжения, осуществили более равномерную очистку поверхности, так как на все ее участки воздействие указанных средств осуществляется в одинаковой степени, достигли повышения производительности обработки за счет высокой интенсивности очистки, обеспечили упрощение практической реализации способа, так как для его осуществления требуются простые общедоступные технические средства.
Список литературы
1. А.с. СССР 1440567, В 08 В 3/04, 1988, БИ 44
2. А.с. СССР 1781322, С 23 G 3/04, 1992, БИ 46
3. Патент RU 2186638 A1 В08В03/04 M13/04.
4. Королев А.В. и др. Анализ влияния условий вибромеханической обработки деталей типа колец на релаксацию остаточных напряжений // Королев А.В., Королев А.А., Яковишин. А.С., Сидоренко А.Д., Игнатьев А.А. В сб. Автоматизация и управление в Машино- и приборостроении. Саратов: изд-во СГТУ, 2015. С 74-81.
Mukhina Elena Viacheslavovna (lento4ka.2013@mail.ru)
TECHNOLOGY VIBROSTABILITY DETAILS BEARING ON THE CLEANUP
OPERATIONS
Abstract: This article discusses the cleaning and drying of parts from technical contaminants. Analyzed existing methods of cleaning up products and highlights their shortcomings. The new technology of cleaning parts air flow and mathematically proved its advantage over peers.
Keywords: drying, cleaning ,air flow, rotation, vibration.
