Введение к работе
Актуальность работы. Как известно, долговечность и надежность работы подшипников качения во многом определяются качеством изготовления рабочих поверхностей их деталей. В настоящее время окончательное формирование точностных и качественных параметров дорожек качения осуществляется на шлифовальных или суперфинишных операциях технологического процесса механической обработки.
Процесс традиционного суперфиниширования в значительной степени позволяет обеспечить требуемые технологические параметры обрабатываемых поверхностей, однако получение этих параметров носит нестабильный характер, а сам процесс формообразования является трудно управляемым. При этом практически невозможно осуществить рациональное профилирование обрабатываемой поверхности, то есть придать про-' филю обрабатываемой дорожки качения такую геометрическую форму, которая была бы близка форме, образующейся в результате эксплуатации подшипника в реальных условиях. Несоответствие обеспеченных в процессе изготовления геометрических параметров рабочих поверхностей деталей подшипника эксплуатационным приводит к значительному снижению долговечности опоры.
Кроме того, после абразивной обработки на обрабатываемой поверхности остаются вкрапления абразивных зерен, которые в процессе эксплуатации деталей попадают в смазку и способствуют повышенному абразивному износу их рабочих поверхностей, а оставшиеся на поверхности вмятины и лунки становятся источниками усталостных разрушений, что также приводит к быстрому выходу изделия из строя. Поэтому исследования в области создания новых технологических методов окончательного формообразования рабочих поверхностей деталей подшипников, лишенных указанных недостатков, позволят повысить качество обработки деталей, а значит, и эксплуатационные свойства всего изделия.
Цель работы - разработка технологических основ создания имитационных технологий прецизионного формообразования рабочих поверхностей деталей подшипников качения.
Методы и средства исследований. Работа выполнена на основе фундаментальных положений теории упругости, энергетической теории трения износа, современных положений технологии машиностроения, теории абразивной обработки, теории резания металлов, математических методов интегрального и дифференциального исчисления. Для получения количественной оценки влияния технологических факторов обработки на параметры качества обрабатываемой поверхности применялось математическое моделирование на основе многофакторных планируемых экспериментов. Рациональные условия осуществления процессов определялись с помощью симплексного метода линейного программу)
)ФЄаяНЛЦИ0І(АЛЬІІА1 БИБЛИОТЕКА
Достоверность. Теоретические положения работы подтверждены результатами экспериментальных исследований, выполненных как в лабораторных, так и в производственных условиях. Достоверность теоретических положений и экспериментальных данных подтверждена внедрением результатов работы в производство.
Научная новизна. На основании комплексных теоретических и экспериментальных исследований, внедрения их результатов в производство решена актуальная научная проблема, связанная с созданием теоретических и технологических основ прецизионного формообразования рабочих поверхностей деталей подшипников качения методами имитационных технологий.
Наиболее существенными научными результатами являются следующие:
1. Разработаны концептуальные положения создания имитационных технологий окончательной обработки рабочих поверхностей деталей подшипников, позволяющих обеспечивать формообразование, точностные и качественные параметры поверхностей, физико -механические свойства поверхностных слоев, близкие к эксплуатационным.
-
Исследованы закономерности отделения металла с обрабатываемой поверхности при имитационной совместной доработке деталей подвижных сопряжений в абразивной среде, учитывающие деформацию микронеровностей дорабатываемых деталей, деформацию самих деталей, глубину царапины зерен на дорабатываемой поверхности с учетом возможности их разрушения.
-
Теоретически исследован радиальный износ поверхности при имитационной безабразивной доводке, с учетом работы силы трения, удельной внутренней энергии насыщения материала заготовки, физико-механических свойств материала, величины контактных напряжений, шероховатости и размеров заготовки и инструмента, формы площадки контакта.
-
Установлен механизм исправления погрешностей геометрической формы поверхности при имитационной абразивной обработке, который учитывает перераспределение сил резания между абразивными брусками ввиду неравномерности припуска на обработку и вызванную этим упругую деформацию инструментальной головки, режущие свойства абразивного инструмента и состояние обрабатываемой поверхности.
-
Предложены и обоснованы способы имтггационных технологий обработки деталей подшипников качения, обладающие повышенной производительностью и формообразующими возможностями.
-
Экспериментально исследованы способы имитационных технологий, получены их математические модели, учитывающие многообразие режимных факторов, продолжительность обработки, характеристику инструмента.
Практическая ценность и реализация работы. На основе выявленных закономерностей формообразования обрабатываемых поверхностей предложены имитационные технологии, позволяющие формировать рациональные макро- и микрогеометрические параметры на рабочих поверхностях деталей подшипников качения. Разработаны способы имитационной совместной и индивидуальной обработки деталей подшипников, обладающие повышенными производительностью и формообразующими возможностями. Имитационные технологии и устройства для их осуществления использованы для изготовления технологического оборудования на ФГУП ПО «Бином», ОАО «Саратовский машиностроительный завод «Элеватормельмаш», ФГУП «Саратовский агрегатный завод», ОАО «Саратовский завод «Серп и молот». Технологии имитационной доработки подшипников в собранном виде и имитационной безабразивной доводки деталей подшипников, а также рекомендации по их наиболее эффективному использованию переданы для внедрения в ОАО «Саратовский подшипниковый завод» и Саратовское научно-производственное предприятие нестандартных изделий машиностроения.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
-
Концептуальные положения создания имитационных технологий окончательной обработки рабочих поверхностей деталей подшипников, позволяющих обеспечивать формообразование, точностные и качественные параметры поверхностей, физико-механические свойства поверхностных слоев, близкие к эксплуатационным.
-
Закономерности отделения металла с обрабатываемой поверхности при имитациошюй совместной доработке деталей подвижных сопряжения в абразивной среде, учитывающие деформацию микронеровностей дорабатываемых деталей, деформацию самих деталей, глубину царапины зерен на дорабатываемой поверхности с учетом возможности их разрушения.
-
Результаты теоретических исследований радиального износа поверхности при имитационной безабразивной доводке, с учетом работы силы трения, удельной внутренней энергии насыщения материала заготовки, физико-механических свойств материала, величины контактных напряжений, шероховатости и размеров заготовки и инструмента, формы площадки контакта.
4.Механизм исправления погрешностей геометрической формы поверхности при имитационной абразивной обработке, который учитывает перераспределение сил резания между абразивными брусками ввиду неравномерности припуска на обработку и вызванную этим упругую деформацию инструментальной головки, режущие свойства абразивного инструмента и состояние обрабатываемой поверхности.
5. Способы имитационной обработки деталей подшипников качения, обладающие повышенной производительностью и формообразующими возможностями.
-
Результаты экспериментальных исследований влияния технологических факторов различных имитационных технологий на производительность обработки и геометрические параметры рабочих поверхностей деталей роликоподшипников.
-
Результаты использования имитационных процессов и устройств для их осуществления в производстве.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на: Всесоюзной конференции «Инструмент -84», Москва, 1984 г.; Республиканском семинаре «Технологическое обеспечение профильной алмазно-абразивной обработки», г.Пенза, 1984 г.; Всесоюзной школе молодых ученых «Проблемы оптимизации в машиностроении», г. Харьков, 1986 г. ; 4-й Международной конференции «Точность технологических и транспортных систем», г. Пенза, 1998 г.; Республиканской конференции «Современные технологии в машиностроении», г. Пенза, 1999 г. ; Научной конференции с международным участием «Фундаментальные и прикладные исследования саратовских ученых для процветания России и Саратовской губернии», г.Саратов, 1999 г.; 7-й Международной конференции « Комплексное обеспечение показателей качества транспортных и технологических машин», г. Пенза, 2001 г.; Международной конференции «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы», г.Волжский, 2001 г.; Всероссийской конференции с международным участием «Прогрессивные технологии»,г.Тольятти,2002г; а также на заседаниях кафедры «Технология машиностроения» и ежегодных научно-технических конференциях СГТУ в 1984 -2003 годах.
Публикации. По материалам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 45 печатных работ, в том числе три монографии, три патента и авторское свидетельство.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит 309 страниц текста, 109 рисунков, 27 таблиц, список использованной литературы включает 250 наименований.
