Введение к работе
Актуальность темы. Характерной особенностью современного состояния технологии машиностроения является неуклонное повышение качества выпускаемой продукции. Реализация этой важной задачи требует дальнейшего совершенствования и повышения эффективности технологических процессов изготовления деталей машин.
Подшипники качения, являясь комплектующими элементами машин, существенно влияют на их выходные характеристики. Выполнение растущих требований к надежности, долговечности и стабильности работы опор качения, наряду с конструкторскими решениями, может быть достигнуто путем технологического управления состоянием поверхностного слоя.
Качество изделий формируется в течение всего технологического процесса их изготовления. При этом в формировании функциональных параметров изделий важную роль играют финишные операции. Причем, чрезвычайно важно на заключительной стадии обработки иметь высокопроизводительные операции, которые подавляли бы неблагоприятные наследственные признаки, способствовали стабилизации и улучшению качества изготовления деталей.
Одним из перспективных направлений повышения функциональных показателей изделий является поверхностное пластическое деформирование (ППД), осуществляемое различными методами.
Опыт использования ППД показывает, что для упрочнения маложестких деталей и деталей сложной формы эффективно применение таких способов, при которых отсутствует жесткая кинематическая связь деформирующего инструмента с обрабатываемой поверхностью. К их числу относятся гидродробеструйное упрочнение, упрочнение микрошариками, механическими щетками, сглажи-вающе-упрочняющая обработка в центробежно-планетарных установках и др.
Вместе с тем, применение указанных способов для упрочнения деталей подшипников сдерживается в связи с отсутствием научно обоснованных рекомендаций по выбору технологических параметров обработки и высоким уровнем технических требований к микрогеометрии и точности размеров и формы деталей. Последнее особенно важно, поскольку в ряде случаев применение методов ППД может вызвать недопустимые изменения размеров, формы и относительного расположения поверхностей деталей.
Поэтому разработка и исследование технологического процесса на основе ППД для повышения надежности и долговечности подшипников и стабилизации их качества является актуальной задачей.
В основу работы положены теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в Самарском государственном техническом университете и на ОАО «Завод приборных подшипников», «Завод авиационных подшипников».
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ j БИБЛИОТЕКА {
Автором выносится на защиту;
-
Методика расчета и выбора технологических параметров на основе математической модели процесса.
-
Установленные закономерности влияния ультразвукового упрочнения на физико-механические характеристики поверхностного слоя деталей и эксплуатационные показатели подшипников, а также методы технологического управления ими.
-
Практические рекомендации, включающие технологию, режимы обработки и конструкцию установок, обеспечивающие повышение долговечности подшипников.
-
Устройства и оборудование для ультразвукового упрочнения, позволяющие управлять параметрами состояния поверхностного слоя деталей.
Цель работы. Технологическое обеспечение и стабилизация функциональных показателей деталей подшипников путем разработки, исследования и внедрения ультразвукового упрочнения несвязанными шариками на финишной операции процесса обработки.
Методы исследований. В работе реализована методология системного подхода к изучению процессов ультразвукового упрочнения, формирования параметров качества поверхностного слоя и функциональных показателей изделий. Использованы основные теоретические положения технологии машиностроения, физики твердого тела, теории волновых процессов, теории контактного взаимодействия. Экспериментальные исследования проводились с использованием современных методик и аппаратуры с широким применением методов математической статистики, а также современных физических методов исследований, в том числе рентгенографического и электронно-микроскопического анализа. Теоретические исследования, обработка и анализ экспериментальных данных проводились с использованием ПЭВМ.
Научная новизна. На основании анализа существующих способов ППД с учетом их достоинств, недостатков и технологических возможностей разработан ультразвуковой метод упрочняющей обработки несвязанными шариками.
Исследованы особенности процесса. Разработана математическая модель процесса, устанавливающая взаимосвязь между характеристиками упрочняемой поверхности и технологическими параметрами.
Установлены общие закономерности ультразвукового упрочнения несвязанными шариками на основные элементы механизма ППД, определяющие эффективность процесса по технологическим и эксплуатационным показателям.
Выявлены технологические особенности ультразвукового упрочнения несвязанными шариками и основные закономерности его влияния на параметры процесса и качество соединений, в том числе контактную выносливость и износостойкость.
Показано, что основными факторами, способствующими повышению функциональных показателей изделий, являются увеличение фактической площади
контакта, рост степени и глубины деформационного упрочнения, увеличение глубины распространения сжимающих остаточных напряжений.
Выявлена и обоснована возможность использования ультразвукового упрочнения несвязанными шариками для направленного регулирования функциональных параметров состояния рабочих поверхностей деталей путем изменения режимов и параметров ультразвуковых колебаний. Оптимизирован технологический процесс обработки с точки зрения повышения-стабильности качества и функциональных показателей изделий.
Практическая ценность. На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований реализован комплекс конструкторско-технологических решений, направленных на дальнейшее повышение эффективности ультразвуковой обработки.
Разработана и внедрена технология ультразвукового упрочнения, обеспечивающая повышение точности, контактной выносливости и износостойкости деталей путем направленного регулирования параметров микрорельефа поверхностей и физико-механического состояния поверхностного слоя.
Показана эффективность применения разработанного способа при упрочняющей обработке поверхностей колец подшипников с целью повышения их работоспособности.
Полученные результаты положены в основу разработки технологии обработки, конструкции установки для ультразвукового упрочнения несвязанными шариками и практических рекомендаций по проведению упрочняющей обработки колец подшипников и других деталей сложной формы и инструментов.
Процесс упрочняющей обработки колец подшипников и сборки подшипниковых узлов внедрен на ОАО «Завод авиационных подшипников» и ОАО «Завод приборных подшипников».
Апробация работы. Основное содержание работы отражено в 6 публикациях.
По теме диссертации сделаны доклады на Международной конференции «Надежность в промышленности, энергетике и на транспорте» (Самара, 1999 г.), второй Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, 2004 г.), международной научно-технической конференции «Высокие технологии в машиностроении» (Самара, 2005 г.).
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 разделов и общих выводов, изложенных на 153 страницах машинописного текста, содержит 62 рисунка, 16 таблиц, список литературы, включающий 171 наименование, приложения.
