Введение к работе
Актуальность темы. В существующих условиях конкуренции на рынке подшипников качения становится наиболее важным обеспечение производства высококачественных изделий с минимальными производственными затратами. В связи с непрерывным ростом требований к точности и качеству деталей и машин и металлообработке все большее развитие получают различные методы шлифования.
Упорные подшипники занимают значительную часть на рынке. Их в большом количестве используют в различных узлах автомобилей, тракторов, комбайнов и др. К числу подшипников, создающих наибольшие проблемы в эксплуатации, относится упорный подшипник верхней опоры передней стойки легковых автомобилей как отечественного производства («Калина», «Приора», «Гранта»), так и зарубежного («Renault», «Ford», «Volkswagen» и др.). Однако подшипники, производимые в России, не обеспечивают требуемых показателей качества, являясь при этом достаточно дорогими.
Особую сложность представляет собой шлифование торцовых фасонных поверхностей, таких как дорожки качения упорных подшипников. Эта операция является одной из самых затратных при производстве данного вида подшипников и в наибольшей степени определяющей их работоспособность. В работах А.И. Спришевского, А.И. Исаева и др. описан способ обработки дорожек качения периферией шлифовального круга малого диаметра методом врезания. Однако этот метод не лишен серьезных недостатков: низкая степень самозатачивания шлифовального круга приводит к тому, что последний быстро «засаливается», поэтому требуется частая правка круга, в связи с чем наблюдается повышенный расход кругов и правящего инструмента. Все это приводит к высоким материальным и трудовым затратам, а следовательно – к высокой стоимости самих подшипников. Точность, которую должна обеспечивать операция шлифования, часто не достигается, что вынуждает применять достаточно трудоемкие селективные методы сборки.
В связи с этим в работе предлагается способ лобового шлифования дорожек качения упорных подшипников торцом чашечного шлифовального круга. Технико-экономическая эффективность процесса лобового шлифования дорожек качения подшипников обеспечивается за счет экономии абразивного инструмента, повышения производительности и снижения трудоемкости выполнения шлифовальной операции, улучшения качества и эксплуатационных свойств деталей и др. Предлагаемый способ позволяет получать размеры заготовки автоматически за счет применения дисковой правки шлифовального круга алмазным роликом, имеющим фасонный профиль, который является копией дорожки качения кольца упорного подшипника. Все это позволяет производить сборку подшипников без применения селективных методов сборки. Поэтому тема диссертационной работы, направленная на совершенствование существующей технологии шлифования дорожек качения колец упорных подшипников, является актуальной.
Целью данной работы является повышение эффективности изготовления колец упорных подшипников на основе применения способа лобового шлифования дорожек качения.
Методы и средства исследований. Теоретические исследования процесса формирования геометрических параметров дорожек качения колец упорных подшипников осуществлялось с применением методов технологии машиностроения. Для моделирования процесса формирования геометрических параметров дорожки качения использовался программный продукт MathCAD v15. Экспериментальные исследования проводились на основе теории многофакторного планирования экспериментов, а обработка полученных данных – с использованием методов математической статистики. В качестве измерительных средств исследования использовались оборудование и приборы ОАО «ЕПК Саратов».
Научная новизна работы:
1. Разработана математическая модель формирования геометрических параметров дорожек качения упорных подшипников - размера кольца по дну дорожки качения при лобовом шлифовании; установлен механизм влияния основных технологических факторов: подачи шлифовального круга, режущей способности шлифовального круга и податливости технологической системы на формирование геометрии дорожки качения.
2. Установлены регрессионные зависимости геометрических параметров дорожки качения колец упорных подшипников, таких как радиус дорожки качения и размер кольца по дну дорожки качения, а также момент сопротивления вращению подшипника, от параметров режимов обработки при лобовом способе шлифования: подачи шлифовального круга, частоты вращения заготовки, времени выхаживания и окружной скорости вращения шлифовального круга.
3. Установлены регрессионные зависимости геометрических параметров дорожки качения колец упорных подшипников, таких как радиус дорожки качения и размер кольца по дну дорожки качения, а также момент сопротивления вращению подшипника, от параметров режимов дисковой правки шлифовального круга: подачи шлифовального круга, частоты вращения алмазного ролика, времени выхаживания и окружной скорости вращения шлифовального круга.
Практическая ценность и реализация работы:
разработана инновационная технология процесса обработки дорожек качения упорных подшипников способом лобового шлифования, позволяющая существенно снизить трудоемкость, расход абразивного материала, значительно повысить качество упорных подшипников, при этом производительность процесса шлифования возрастает более чем в 2 раза;
разработана технология дисковой правки чашечного шлифовального круга алмазным правящим роликом, в результате которой рабочей поверхности шлифовального круга придают профиль, зеркальное отражение которого необходимо получить на обрабатываемой заготовке, что повышает производительность и точность шлифования;
разработана компьютерная программа для определения размера колец по дну дорожки качения как интегрального параметра точности в процессе обработки в процессе лобового шлифования в среде MathCAD v15;
разработано технологическое оборудование для осуществления предложенного способа шлифования, обеспечивающее низкий срок окупаемости капитальных вложений;
произведен выбор шлифовального круга для лобового шлифования дорожек качения колец упорных подшипников: чашечный шлифовальный круг размером 827220 мм на керамической связке 24А60СМ1К7 производства австрийской фирмы «Атлантик»;
предложена методика определения рациональных условий осуществления процесса шлифования дорожек качения колец упорных подшипников.
Способ шлифования, алгоритм выбора рациональных режимов обработки дорожек качения колец упорных подшипников приняты к внедрению на ООО «Рефмашпром» и в Научно-производственном предприятии «Нестандартные изделия машиностроения» СГТУ (НПП НИМ СГТУ). Результаты исследований внедрены в учебный процесс СГТУ имени Гагарина Ю.А. в виде методических указаний для проведения исследовательских лабораторных работ по дисциплине «Технология машиностроения».
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается лабораторными исследованиями, выполненными с применением современных методов планирования экспериментов и обработки экспериментальных данных, а также показателями эффективности опытно-производственного применения разработанной технологии и практических рекомендаций.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 6 научных конференциях различного уровня:
– 5 международных конференциях: «Инновационная деятельность предприятий по исследованию, обработке и получению современных материалов и сплавов», (Орск, 2012); «Современные направления теоретических и прикладных исследований 2012» (Одесса, 2012); «Изменяя облик современности. Наука и жизнь» (Саратов, 2012); «Технологическое обеспечение качества машин и приборов» (Пенза, 2011); «Математические Методы в Технике и Технологиях – ММТТ-25»(Саратов, 2012) семинаре «Современные технологии в горном машиностроении» в рамках Недели горняка-2012 (Москва, 2012);
– 1 всероссийской конференции «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы в наноинженерии» (Саратов, 2012);
- научных семинарах кафедры «Технология машиностроения» СГТУ имени Гагарина Ю.А. 2011-2012 г.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, подана 1 заявка в ФИПС на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы из 110 наименований, 8 приложений. Диссертационная работа изложена на 155 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц, 63 рисунка.
Положения и результаты, выносимые на защиту:
-
Способ лобового шлифования дорожек качения колец упорных подшипников.
-
Способ дисковой правки шлифовального круга алмазным роликом.
-
Математическая модель формирования геометрических параметров дорожек качения упорных подшипников при лобовом способе шлифования.
-
Компьютерная модель формирования толщины колец по дну дорожки качения в процессе шлифования с использованием компьютерной среды MathCAD v15.
-
Результаты экспериментальных исследований влияния режимов лобового шлифования на геометрические параметры дорожек качения колец упорных подшипников.
-
Результаты экспериментальных исследований влияния режимов дисковой правки шлифовального круга на геометрические параметры дорожек качения колец упорных подшипников и внедрение их в производство.
-
Практические рекомендации по использованию полученных результатов и их промышленная апробация.
