SURFACE QUALITY AND DURABILITY OF BEARINGS AFTER SHOT BLASTING

Abstract

The results of studies of surface quality parameters and accuracy of bearing rings after finishing abrasive machining of raceways (grinding and superfinishing) and after hydroblasting (HDB) hardening or microbead hardening with the use of cutting fluids are presented and refined.

Full Text

Повышение надежности и долговечности опор качения наряду с конструкторскими решениями может быть достигнуто путем рационального воздействия на поверхностные слои деталей технологическими методами. Использование традиционных способов ППД, основанных на вдавливании деформирующего инструмента в обрабатываемую поверхность (обкатывание шариком, роликом, алмазное выглаживание) нетехнологично при обработке маложестких тонкостенных кольцевых деталей со сложной конфигурацией поверхности, имеющих малоразмерные конструктивные элементы в виде галтелей и канавок. Поэтому получила распространение схема обработки, при которой отсутствует жесткая кинематическая связь деформирующего инструмента с обрабатываемой поверхностью. К подобной схеме относятся способы дробеструйной обработки с применением СОЖ на пневмодробеструйных и гидродробеструйных установках [1, 2]. Процессы ГДУ и УМШ принято оценивать постоянными параметрами, зависящими от конструкции установок, и изменяемыми параметрами режима обработки - размерами деформирующих элементов, рабочим давлением на выходе сопла-эжектора и продолжительностью обработки поверхности детали. Контроль режима обработки осуществлялся по результатам измерения стрелы прогиба контрольных пластин после их односторонней обработки на выбранном режиме. В целях установления количественных связей параметров качества поверхности дорожек качения с режимами дробеструйных способов обработки применен статистический метод планируемых экспериментов с логарифмическим преобразованием функции отклика и факторов. Форма искомой зависимости шероховатости поверхности от режимов обработки: , мкм где p - рабочее давление на выходе сопла-эжектора, МПа; d - диаметр дроби, мм; t - время обработки участка поверхности, с; Ra исх - параметр исходной шероховатости, мкм. После логарифмирования получим линейное уравнение регрессии в виде: , где Y - истинное значение шероховатости поверхности в логарифмическом масштабе; X1, X2, X3, X4 - логарифмы соответственно p, d, t, Ra исх; искомые коэффициенты, оценка которых должна быть определена. В результате эксперимента будет получена эмпирическая модель вида: где - оценка , b0 … b4 - оценки коэффициентов . В табл. 1 указаны основные уровни и интервалы варьирования контролируемых факторов режима при обработке дорожек качения колец радиальных роликоподшипников по плану ДФЭ 24-1. Используя встроенные статистические функции пакета MS Excel, в табл.2 приведены результаты статистического оценивания линейного уравнения регрессии и его коэффициентов. Из анализа уравнения следует, что в принятой локальной области определения факторов (см. табл.1) фактор Х3 - время обработки поверхности - оказался статистически незначим, что не получило отражения в ранее выполненной работе [3]; повышение рабочего давления и, следовательно, возрастание кинетической энергии деформирующего тела приводит к увеличению шероховатости обработанной поверхности вследствие увеличения глубины остаточного отпечатка; увеличение диаметра дроби способствует уменьшению шероховатости. Наибольшее влияние на формирование шероховатости оказывает исходная шероховатость поверхности качения, что отражает проявление технологической наследственности и накладывает ограничения на область применения дробеструйных способов обработки. Переходя от уравнения регрессии в кодированном виде к выражению с натуральными значениями переменных и потенцируя, получим искомую зависимость: , мкм. Приведенные на рис. 1 графики изменения параметра шероховатости поверхности дорожки качения колец показывают, что в пределах применяемых режимов упрочняющей обработки достигается уменьшение шероховатости лишь шлифованных поверхностей с Raисх=0,32…0,63 мкм. Минимальные значения параметра Ra составляют 0,17…0,19 мкм после УМШ и 0,11…0,13 мкм после ГДУ. Результаты измерений (табл.3) высотных и шаговых параметров шероховатости Rmax, Rz, Ra, волнистости Нв, огранки Ног, отклонений от прямолинейности образующей дорожки качения h, а также значений параметров начального участка опорной кривой свидетельствуют о том, что чем ниже исходная шероховатость и интенсивнее режимы дробеструйной обработки, тем в большей степени возрастают высотные параметры шероховатости обработанной поверхности и погрешности формы в поперечном и продольном сечениях кольца. При переходе от шлифования к суперфинишированию наряду с уменьшением высотных параметров шероховатости наблюдается снижение относительной опорной длины профиля поверхности дорожки качения на начальных уровнях сближения, особенно характерное для Ra ≤ 0,08 мкм. Известно, что такие поверхности с остроконечными вершинами выступов и низкой опорной способностью слабо сопротивляются контактным нагрузкам, плохо удерживают смазку и характеризуются повышенным износом приработки. Применение для этих поверхностей УМШ или ГДУ, несмотря на некоторое увеличение высотных параметров шероховатости, значительно уменьшает следы абразивной обработки, формирует характерный микрорельеф с наличием масляных карманов, удерживающих смазку, повышает опорную способность профиля и контактную жесткость поверхности качения, что способствует увеличению сопротивляемости различным видам износа и сохранению заданных зазоров в подшипнике. На рис. 2 приведены результаты исследований микротвердости Н0,981 и остаточных напряжений ( в поверхностном слое дорожек качения внутренних колец подшипников 6-32205Д1 в зависимости от способов обработки и длительности стендовых испытаний при максимальных контактных напряжениях При исследовании остаточных напряжений использовался метод колец и полосок, а напряжения в кольцах подшипников рассчитывали по формулам, приведенным в работе [4], полученным на основе авторского свидетельства [5]; здесь ( - компонента напряжений, снимаемых при электрополировании кольца, где - соответственно окружные и осевые остаточные напряжения; μ - коэффициент Пуассона. Из приведенных данных следует, что величина и градиент остаточных напряжений и микротвердости, возникающих при упрочняющей обработке, не претерпевают существенных изменений в процессе многократных циклических нагружений при качении. Стабилизация напряжений и микротвердости происходит вследствие ограничения дополнительного наклепа во время испытаний в связи с интенсивной пластической деформацией при предварительном упрочнении. При этом достигается эффект «тренировки» рабочих поверхностей, приводящий к сокращению продолжительности приработки и уменьшению её негативного влияния на работу опоры. Критерием эффективности выбранного способа и режима обработки являются результаты стендовых испытаний подшипников. Приведенные в табл.4 результаты сравнительных стендовых испытаний роликоподшипников типа 32118Р2 после суперфиниша и дополнительного упрочнения микрошариками показывают, что долговечность упрочненных подшипников при 10%-ной вероятности повреждения в 3,2 раза, а при 50%-ной вероятности повреждения в 2,53 раза выше соответствующей долговечности подшипников после абразивной обработки. При этом коэффициент рассеяния долговечности в пределах испытуемых партий, определяемый отношением наибольшего времени работы к наименьшему, составил для серийных подшипников 4,58, а для упрочненных подшипников 1,79. ВЫВОДЫ Выбор способа и режимов упрочняющей обработки маложестких кольцевых деталей следует осуществлять с учетом их конструктивных особенностей, технологических требований к параметрам микрогеометрии, точности размеров и формы. Стабилизация качества поверхности дорожек качения колец, достигаемая дополнительной упрочняющей обработкой, обусловливает повышение и стабилизацию эксплуатационных характеристик опор качения.