КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ПОДШИПНИКОВ ПОСЛЕ ДРОБЕСТРУЙНЫХ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ

Аннотация

Изложены и уточнены результаты исследований параметров качества поверхности и точности колец подшипников после финишной абразивной обработки дорожек качения (шлифования и суперфиниша) и после гидродробеструйного (ГДУ) упрочнения или упрочнения микрошариками (УМШ) с применением смазочно-охлаждающих жидкостей.

Полный текст

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.