CC BY
63
УДК 621.923.5
Б.Н. Салимов
УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ ДОРОЖКИ КАЧЕНИЯ КОЛЕЦ ШАРИКОПОДШИПНИКОВ
С МНОГОТОЧЕЧНЫМ КОНТАКТОМ
Рассматривается новое устройство обработки сложной поверхности дорожки качения колец подшипников в производственных условиях с приведением практических результатов обработки суперфинишированием.
Шарикоподшипники, суперфиниширование, шероховатость, волнистость поверхности, дорожка качения, устройство обработки
B.N. Salimov
BALL BEARINGS SEMI RING RACE PROFILE PROCESSING DEVICE WITH MULTIPLE-POINT CONTACT
Technological advantages of a new device for processing details of bearings are shown in the article. The examples of practical use of the super finishing automatic devices working according to the offered principle are given.
Ball bearings, super finishing, roughness, surface sinuosity, semi ring race profile, processing device
В настоящее время при производстве прецизионных шарикоподшипников большое внимание уделяется качественным параметрам точности рабочих поверхностей. Для шарикоподшипников основной рабочей поверхностью является дорожка качения, именно эта поверхность испытывает циклические переменные напряжения, вызывающие контактную усталость рабочей поверхности. Поэтому увеличение долговечности дорожки качения колец шарикоподшипников ведет к увеличению срока службы всего узла, в работе которого участвуют данные шарикоподшипники. При этом должны достигаться высокая производительность и экономичность изготовления шарикоподшипников.
Долговечность дорожки качения шарикоподшипников значительно зависит от таких погрешностей геометрической формы, как шероховатость поверхности, волнистость поверхности и отклоне-
185
ние от круглости. Образование волнистости всегда сопровождается неравномерностью распределения шероховатости и микротвердости на вершинах и впадинах волн, что составляет дополнительный источник разрушения поверхности при эксплуатации [2].
В технологии производства шарикоподшипников предлагается сравнить такие виды заключительных операций обработки как полирование дорожки качения и суперфиниширование дорожки качения с применением нового устройства абразивной обработки, так как при применяемой технологии полированием имелось большое количество брака деталей из-за погрешностей геометрической формы дорожки качения. По базовой технологии предприятия-изготовителя после заключительной операции поверхность дорожки качения должна иметь шероховатость Ка=0,16 мкм, отклонение от круглости Д=2 мкм, волнистость поверхности не более Wz=0,2 мкм. Достижение таких точных параметров поверхности сложного профиля обеспечивается применением нового устройства абразивной обработки, разработанного на кафедре «Технология машиностроения» СГТУ совместно с автором.
Сущность нового устройства обработки поясняется рис. 1, где изображена ее конструкция, позиции имеют следующие обозначения: 1 - кронштейн; 2 - пиноль; 3 - подшипники; 4 -инструментальный шпиндель; 5 - шкив; 6 - стакан; 7 - подшипники; 8 - многобрусковый патрон; 9 -державки; 10 - абразивные бруски; 12 - паз; 13 - упор. Работа устройства осуществляется следующим образом. Изделие 11 устанавливается на шпинделе изделия (не показан) и получает от него вращение вокруг своей оси, расположенной в вертикальной плоскости.
Рис. 1. Устройство абразивной обработки
Кронштейн 1 перемещается в вертикальной плоскости и подводит инструментальную головку и многобрусковый патрон 8 с державками 9 и абразивными брусками 10 к изделию 11 до тех пор, пока точка пересечения осей многобрускового патрона 8 и инструментального шпинделя 4 не совместится с точкой симметрии обрабатываемой поверхности изделия 11. После этого от механизма вращения (не показан) через шкив 5 включается вращение шпинделя 4 в подшипниках 3 пиноли 2, а державки 9 с абразивными брусками 10 подводятся к обрабатываемой поверхности изделия 11. Так как многобрусковый патрон 8 удерживается от вращения вокруг оси инструментального шпинделя 4 упором 13, установленным в пазу 12, при вращении инструментального шпинделя 4 и стакана 6 с подшипниками 7 ось многобрускового патрона 8 описывает с частотой вращения инструментального шпинделя 4 коническую поверхность с вершиной, расположенной в центре симметрии обрабатываемой поверхности изделия 11 и с углом при вершине, равным 2а. При этом абразивные бруски 10 получают осциллирующее движение, а именно движение прецессии, с частотой, равной частоте враще-
186
ния инструментального шпинделя 4. После окончания обработки державки 9 и абразивные бруски 10 отводятся от обрабатываемой поверхности, кронштейн 1 поднимается вверх и отводит из зоны обработки инструментальную головку, вращение инструментального шпинделя 4 прекращается. Вращение изделия 11 также прекращается и происходит смена изделия. После этого цикл обработки повторяется.
Как видно, конструкция устройства проста и надежна, что обеспечивает его высокие эксплуатационные свойства.
Данное устройство обладает высокой универсальностью, так как позволяет без замены деталей осуществлять обработку различных поверхностей: тороидальных, цилиндрических, конических, сферических, что обеспечивает ему высокие эксплуатационные свойства. Таким образом, обеспечивается точная и жесткая работа инструментальной головки, что снижает вибрации и повышает качество обработки дорожки качения шарикоподшипников. Достигается высокая частота осцилляции брусков, что повышает производительность обработки. Упрощается конструкция устройства и снижаются затраты на его изготовление.
Обработка опытных образцов шарикоподшипников проводилась под руководством профессора, д.т.н. Королёва А.В. в «Научно-производственном предприятии нестандартных изделий машиностроения» на автоматах МСА-2001. В процессе работы автомат МСА-2001 менее чем за 30 секунд выполнял врезное суперфиниширование, совместное суперфиниширование и выхаживание дорожки качения колец шарикоподшипников.
После обработки полученных экспериментальных данных получены следующие степенные уравнения для шероховатости, волнистости и отклонения от круглости поверхности соответственно:
Яа = -1,583 • г0Д41 • Р0,056 • Т-0’121 • пЬ-0’058 , (1)
Wг = -1,467 • г0Д5 • Р0'216 • Т_0'306 • пЬ_0’087, (2)
А = 0,908 • 2_0’107 • Р0,227 • Т_0’254 • пЬ_0’048. (3)
В результате исследования процесса суперфиниширования на основе планирования многофакторного эксперимента получили шероховатость поверхности дорожки качения Иа, в зависимости от зернистости брусков, давления брусков на обрабатываемую поверхность, времени обработки и частоты колебаний инструментальной головки. С увеличением времени обработки значение шероховатости снижается за счет интенсивного микрорезания абразивными зернами (рис. 2). После 12 секунд процесс резания переходит в режим трения из-за засаливания брусков и шероховатость поверхности уменьшается менее интенсивно.
/?0, мкм
0.6 -------------------------------------
0.5--------------------------------------
ОЛ
Ра М7
~ К сек
5 10 15 20
Рис. 2. Зависимость шероховатости от времени обработки при различной зернистости инструмента (М7, М14, М28)
По сравнению с существующей технологией полирования при суперфинишировании по полученным результатам наблюдалось снижение шероховатости и достижение более точных результа-
тов по геометрии дорожки качения. Полученные результаты дают возможность оценить улучшение шероховатости после заключительной операции суперфиниша до значения Ra=0.12 мкм. Важно достижение таких геометрических характеристик сложной поверхности, как отклонение от круглости Д=1,5 мкм, показатель волнистости Wz=0.15-0.2 мкм, превосходящие значения существующей технологии полирования за счет применения нового устройства обработки.
Как видно, технология обработки сложного профиля дорожки качения колец рассматриваемых шарикоподшипников с многоточечным контактом требует особого контроля. Необходимо дальнейшее совершенствование суперфинишных операций в направлении повышения их технологических возможностей с применением современного оборудования и исследования механизма формообразования обрабатываемых поверхностей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пат. РФ № 2137582. Способ чистовой обработки / А.В. Королев, О.Ю. Давиденко.
2. Новые прогрессивные технологии машиностроительного производства. Теоретические основы многобрускового формообразующего суперфиниширования / А.В. Королёв, А.М. Чистяков, О.Ю. Давиденко, А.А. Королёв. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1997. Ч. 2. 128 с.
3. Королёв А.В. Новые прогрессивные технологии машиностроительного производства. Технология многобрускового формообразующего суперфиниширования с локализацией контакта инструмента и обрабатываемой поверхности / А.В. Королёв, А.М. Чистяков, О.Ю. Давиденко. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1997. Ч. 3. 152 с.
Салимов Бакытжан Нуржанович - Bakitzhan N. Salimov -
аспирант кафедры «Технология машиностроения» Postgraduate
Саратовского государственного технического Department of Mechanical Engineering Technologies
университета имени Гагарина Ю.А. Gagarin Saratov State Technical University
Статья поступила в редакцию 15.10.12, принята к опубликованию 06.11.12
