авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Повышение эффективности шлифования торцов колец крупногабаритных подшипников путём управления осевой упругой деформацией

На правах рукописи

Орлов Сергей Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ

ТОРЦОВ КОЛЕЦ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПОДШИПНИКОВ

ПУТЁМ УПРАВЛЕНИЯ ОСЕВОЙ УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ

05.02.07 – «Технология и оборудование механической

и физико-технической обработки»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Волгоград – 2013 2

Работа выполнена на кафедрах «Технология и оборудование машиностроитель ных производств» и «Механика» Волжского политехнического института (филиа ла) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный тех нический университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Носенко Владимир Андреевич.

Официальные оппоненты: Рябцев Сергей Александрович, доктор технических наук, НИЦ «Новые технологии и инструменты» ФГБОУ ВПО «Московский госу дарственный технический университет «Стан кин»», ведущий научный сотрудник;

Сидякин Юрий Иванович, доктор технических наук, профессор, Волгоградский государственный технический уни верситет, кафедра «Металлорежущие станки и ин струменты», заведующий.

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Государственный университет учебно-научно-производственный комплекс», г. Орёл.

Защита диссертации состоится « 26 » декабря 2013 года в 10.00 часов на заседа нии диссертационного совета Д 212.028.06, созданного на базе Волгоградского государственного технического университета по адресу: 400005, г. Волгоград, проспект им. В.И. Ленина, д.28, ауд. 210.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государствен ного технического университета.

Автореферат разослан « » ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Быков Юрий Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для подшипниковой промышленности шлифование является одним из основных методов обработки, определяющим геометрическую точность деталей подшипников. Пути повышения геометрической точности шли фования подшипников качения определены в многочисленных российских и за рубежных исследованиях. Однако изготовление крупногабаритных подшипников связанно со значительными трудностями.

Эти трудности обусловлены сложностью обеспечения геометрической точ ности колец подшипников, имеющих начальные отклонения от плоскостности торцов в результате термообработки или предшествующих операций механиче ской обработки.

Для обеспечения заданных геометрических параметров торцовые поверхно сти подвергают шлифованию. Наличие отклонений от плоскостности торцовых поверхностей существенно усложняет процесс шлифования, поскольку под дей ствием магнитного поля стола станка кольцо получает упругую деформацию. По сле шлифования и снятия магнитного поля упругие деформации возвращают оп ределённую величину отклонения от плоскостности обработанному торцу.

Различные технологические приемы, использующиеся для устранения от клонений от плоскостности торцов колец подшипников, существенно увеличива ют время обработки и стоимость операции.

При шлифовании колец крупногабаритных подшипников необходимо учи тывать упругие деформации, возникающие от действия магнитного поля стола и силы резания. Управление величиной упругих деформаций позволит уменьшить время и стоимость операции при гарантированном обеспечении геометрической точности детали. Тем не менее, данный вопрос при шлифовании колец крупнога баритных подшипников исследован недостаточно.

В этой связи представляет научную и практическую значимость исследова ние влияния осевой упругой деформации, возникающей при закреплении и шли фовании колец крупногабаритных подшипников, на обеспечение заданных пара метров качества обработанной поверхности.

Цель работы - повышение эффективности процесса плоского шлифования торцов колец крупногабаритных подшипников путем управления осевой упругой деформацией, возникающей при закреплении и обработке заготовки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать влияние осевой деформации при закреплении и шлифовании крупногабаритных колец конических подшипников на отклонение от плоскостно сти обработанной торцовой поверхности кольца;

- определить условия, обеспечивающие получение заданного допуска пло скостности торцовой поверхности колец подшипников с учетом их осевой упру гой деформации при закреплении и шлифовании;

- разработать математические модели осевой упругой деформации, возни кающей при закреплении и шлифовании торцовой поверхности колец подшипни ков;

- исследовать особенности плоского врезного шлифования в различных ус ловиях заготовок из стали ШХ15 в связи с требованиями к качеству обработанной поверхности, разработать математические модели составляющих силы резания и показателей качества обработанной поверхности;

- разработать алгоритм, методику и программное обеспечение для выбора условий шлифования торцов колец крупногабаритных подшипников, учитываю щие их осевую упругую деформацию при закреплении и шлифовании;

- апробировать и внедрить в производство результаты исследований на опе рации шлифования торцовых поверхностей колец крупногабаритных подшипни ков их стали ШХ15.



Научная новизна Разработаны условия обеспечения заданного допуска плоскостности торцо вой поверхности кольца подшипника, учитывающие упругую деформацию при закреплении заготовки магнитным полем станка и шлифовании.

Разработаны математические модели осевой упругой деформации при за креплении и шлифовании колец крупногабаритных конических подшипников, имеющих начальные отклонения от плоскостности.

Разработаны эмпирические математические модели составляющих силы ре зания плоского врезного шлифования стали ШХ-15, параметра шероховатости обработанной поверхности Ra и коэффициента шлифования с учетом характери стики абразивного инструмента и режимов шлифования.

Разработаны алгоритм и методика выбора условий шлифования торцовой поверхности колец крупногабаритных подшипников, учитывающие осевую упру гую деформацию кольца и обеспечивающие заданные требования к качеству об работанной поверхности.

Практическая ценность и реализация результатов работы Разработан способ получения заданного допуска плоскостности торцов ко лец шлифованием, новизна которого подтверждена патентом 2370354 РФ, МПК В 24 В 7/04.

Разработано программное обеспечение для практической реализации мето дики выбора оптимальных условий шлифования торцовой поверхности колец крупногабаритных конических подшипников.

Разработаны и внедрены в производство в Волжском филиале ОАО «ЕПК Самара» рекомендации по определению условий, обеспечивающих возможность устранения отклонений от плоскостности торцов колец крупногабаритных под шипников шлифованием, и методика выбора оптимальных условий шлифования торцовых поверхностей колец крупногабаритных конических подшипников.

Результаты работы внедрены в учебный процесс по направлению «Конст рукторско-технологическое обеспечение машиностроительного производства»

при преподавании дисциплин «Технология абразивной обработки» и «Моделиро вание процессов абразивной обработки» в Волжском политехническом институте (филиал) ВолгГТУ.

Апробация работы Основные положения работы докладывались и обсуждались на Междунар.

науч.-технич. конф. «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы» (г. Волжский, 2006 г.);

ХХ Междунар. науч.-технич. конф. «Матема тические методы в технике и технологиях – ММТТ-20» (г. Ярославль, 2007 г.);

XVIII междунар. науч.-техн. конф. «Машиностроение и техносфера XXI века» (г.

Севастополь, Украина, 2011 г.);

XIV междунар. науч.-техн. конф. «Технология – 2011» (г. Орел, 2011 г.);

XV междунар. науч.-техн. конференции «Технология – 2012» (г. Орел, 2012 г.);

III Междунар. науч.-техн. конф. (Резниковские чтения) «Теплофизические и технологические аспекты повышения эффективности маши ностроительного производства» (г. Тольятти, 2011 г.);

V-ой Междунар. науч. сту денч. конф. и «Научный потенциал студенчества в XXI веке» г. Ставрополь г. (кубок и диплом III-ей степени);

IV, V, VI, VII Всерос. конф. «Инновационные технологии в обучении и производстве» (г. Камышин, 2006, 2008, 2009, 2010 г.);

V Межрег. науч.-практ. конф. «Взаимодействие вузов и промышленных предпри ятий для эффективного развития инновационной деятельности» (г. Волжский, 2009 г.);

XI Регион. конф. молодых исследователей Волгоградской обл. (г. Волго град, 2006 г.);

XII Межвуз. науч.- практ. конф. молодых уч. и студ. г. Волжского, (г. Волжский, 2006 г.);

VI, VII, VIII, IX, X, XII науч.- практич. конф. ВПИ (фили ал) ВолгГТУ (г. Волжский, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2013 г.), расширенный межкафедр. науч. семинар автомеханического факультета ВПИ (филиала) ВолгГ ТУ (2013 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 23 печатные ра боты, в том числе: 1 монография;

4 статьи в научных журналах, входящих в спи сок изданий, рекомендуемых ВАК РФ;

1 статья переиздана в зарубежном журнале на англ.;

получен 1 патент на изобретение РФ;

11 работ в сборниках трудов меж дународных и республиканских конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка, включающего 123 наименования, приложений. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков, 22 таблицы.

На защиту выносятся:

- условия обеспечения заданного допуска плоскостности торцовой поверх ности кольца подшипника, учитывающие упругую деформацию кольца при за креплении заготовки магнитным полем стола станка и шлифовании;

- математические модели упругой осевой деформации при закреплении и шлифовании колец крупногабаритных подшипников с начальным отклонением от плоскостности торцов после термообработки;

- математические модели составляющих силы резания, шероховатости об работанной поверхности и коэффициента шлифования при плоском врезном шли фовании стали ШХ-15 с учетом зернистости и твердости абразивного инструмен та, глубины шлифования, скорости подачи стола и наработки;

- алгоритм и методика выбора условий плоского врезного шлифования ко лец крупногабаритных подшипников, обеспечивающие заданные требования к качеству обработанной поверхности при максимальной производительности про цесса.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, дается общая ха рактеристика работы, сформулированы цели и задачи исследований.

В первой главе приводится литературный обзор по теме диссертации. Рас смотрены особенности механической обработки колец крупногабаритных под шипников, имеющих начальное отклонение от плоскостности торцов после тер мообработки.





Показано, что максимальная величина отклонения от плоскостности торцов колец, например, после операции термической обработки зависит от отношения наружного диаметра D к ширине кольца C, характеризующего жёсткость колец.

При увеличении отношения D/C максимальное отклонение от плоскостности воз растает.

Проанализированы основные причины возникающих деформаций и спосо бы их уменьшения. Отмечено, что полностью исключить начальные отклонения от плоскостности торцов колец после закалки не удается.

Наличие отклонений от плоскостности торцовой поверхности существенно усложняет процесс шлифования, поскольку под действием магнитного поля стола станка кольца получают дополнительную деформацию. После шлифования и сня тия магнитного поля упругие деформации возвращают определённую величину отклонения от плоскостности обработанному торцу.

На основе сделанного литературного анализа сформулированы цель и ос новные задачи работы.

Во второй главе рассматривается методика проведения экспериментальных исследований. Приводится описание оборудования, приборов, материалов, мето дик проведения экспериментов и обработки данных.

Отклонение от плоскостности торцов колец подшипников измеряли на трехкоординатной измерительной машине Millennium и приборе СИ503.

Образцы из стали ШХ15 для исследований процесса шлифования в лабора торных условиях изготовлены на ОАО «Волжский подшипниковый завод» с тер мообработкой в соответствии с технологией производства колец подшипников.

Исследования выполняли методом полного факторного эксперимента на плоско шлифовальном станке. Измеряли составляющие силы резания, износ круга, опре деляли наличие прижогов и шероховатость обработанной поверхности. Шерохо ватость поверхности измеряли непосредственно на столе станка профилографом профилометром «Сейтроник ПШ8-4 С.С.». Прижоги определяли методом травле ния согласно инструкции ВНИПП.

В качестве абразивного инструмента использовали шлифовальные круги производства ОАО «Волжский абразивный завод».

Регистрацию и обработку экспериментальных данных, построение графиков и эмпирических моделей производили с использованием программного обеспече ния (Power Graph, Excel, МаthCAD, собственных программ).

Третья глава посвящена определению условий обеспечения заданного до пуска плоскостности торцовой поверхности кольца подшипника, учитывающих упругую деформацию кольца при закреплении заготовки магнитным полем стан ка и шлифовании, разработке математических моделей упругой осевой деформа ции при шлифовании колец крупногабаритных подшипников с начальными от клонениями от плоскостности торцов.

Как показали исследования, основным фактором, определяющим начальное отклонение от плоскостности торцовой поверхности кольца, является деформация заготовки кольца в процессе её термообработки в шестиупорных штампах. В свя зи с этим заготовка получает искривление торцовой поверхности с шестью выра женными волнами макроотклонений.

При моделировании деформаций выступы макроотклонений (изогнутость) представляли в виде цилиндрической поверхности, радиус которой принимали равным среднему значению радиуса выступа макроотклонений. С целью прибли жения к реальной поверхности цилиндрическая поверхность имеет определенную продольную и поперечную волнистость, продольную и поперечную шерохова тость. Значения параметров волнистости и шероховатости поверхности определя ли экспериментально.

Шероховатость и отклонение от плоскостности поверхности стола почти на порядок меньше, что позволяет поверхность стола в сравнении с торцовой по верхностью кольца считать идеально гладкой.

Максимальная осевая деформация при закреплении заготовки кольца маг нитным полем стола будет равна:

wq = wm + wqmax + wqk, где wm, wqmax – максимальная осевая упругая деформация кольца при изгибе, соот ветственно под действием массы заготовки и магнитного поля стола;

wqk - кон тактная деформация торцовой поверхности кольца с плоскостью стола.

При шлифовании торца к осевой деформации добавляется максимальная осевая упругая деформация кольца при изгибе wpmax под действием радиальной составляющей силы резания, приложенной в центре пролёта между опорами, и контактная деформация торца кольца с плоскостью стола wpk:

wp = wpmax + wpk.

Для исследования осевых деформаций, возникающих при закреплении и шлифовании торцовой поверхности, выбраны два наружных кольца конических роликовых подшипников, изготавливаемые на ОАО «ЕПК Самара». Некоторые геометрические размеры колец приведены в табл. 1, где : D, D1, С – соответствен но наружный, внутренний диаметры и ширина кольца;

- угол конусности;

r=D0/2 – соответственно радиус и диаметр центральной оси кольца, проходящей через центр тяжести поперечного сечения;

Izс, Iус и Iz, Iу осевые моменты инер ции относительно центральных осей zc, уc поперечного сечения кольца и главные центральные моменты инерции;

y = Iус/Izc;

к = ЕIуIz/(GIzcIк) вспомогательные коэффициенты;

Iк момент инерции поперечного сечения при кручении;

Е и G модули нормальной упругости и сдвига материала кольца;

1, 2 – коэффициенты для оценки применимости теории стержней малой кривизны.

Таблица, D, D1, C, r, Izc, Iz, Iy, Кольцо y k 1 мм4 мм4 мм мм мм мм град мм У-7866A.01 375 357,5 18 15,0 184,2 2939 3001 431,1 0,168 0,656 64,3 0, 1077756.01 460 401 62 12,7 218,4 432500 439000 63610 0,162 0,656 22,1 0, Осевые макродеформации определяли из условия, что первоначальный контакт заготовки кольца с плоскостью стола станка происходит в трёх точках. На кольцо действует сила тяжести и сила прижима кольца к столу станка под дейст вием магнитного поля, которые представляем в виде распределенной нагрузки по периметру кольца. В результате осевой деформации кольца под действием на грузки число точек контакта может увеличиваться до шести, что определяется шестью волнами макроотклонений.

В результате измерения отклонений от плоскостности торцовых поверхно стей заготовок трех партий колец с объемом выборки 15 колец в каждой партии определена плотность распределения вершин макроотклонений. В качестве при мера на рис. 1 показана диаграмма отклонений одного из колец 1077756.01.

, град.

180 0 max, мкм Рис. 1. Форма отклонений от плоскостности торцов кольца после закалки (кольцо конического однорядного роликоподшипника 1077756.01) Из табл. 1 следует, что для рассматриваемых колец 1= 2r/C 10, 2 = 0,5(D – D1)/r 0,2. Выполнение данного условия позволяет использовать для определе ния максимальных упругих деформаций при изгибе кольца wpmax и wqmax теорию стержней малой кривизны.

Расположение главных центральных осей относительно плоскости торца кольца определяется углом о (рис. 2, б). Кольцо представляем как неразрезную замкнутую балку с шарнирными опорами, нагруженную равномерно распреде ленной по центральной оси нагрузкой интенсивностью q= qc+ qm (от действия магнитного поля стола qc и массы заготовки qm) и сосредоточенной силой Рy (ра yс y D Ас zс С о yc z zc D D аа б D Рис.2. Исследуемое кольцо (а) и поперечное сечение кольца (б) диальной составляющей силы резания), приложенной в середине пролёта между опорами (точка А).

Из уравнения равновесия моментов относительно оси качания В – В1 (рис. 3, а) находим одну реакцию: R2 = (2qr - P)/3. Реакция R1 определяется из суммы проекций всех сил на вертикальную ось: R1 = 2(qr + Py)/3.

Из шести неизвестных внутренних силовых факторов в кольце три, лежа щие в плоскости кольца, равны нулю, так как внешняя нагрузка перпендикулярна плоскости кольца. При раскрытии статической неопределимости методом сил 3 q q C C R B B1 R Pу Py C R R1 R B 1 А А B R R Py Py q q wmax А wmax А C B R1 C R R B R а) б) Рис. 3. Расчетная схема кольца для максимального прогиба wmax при трёх точечном (а) и четырёх точечном (б) контакте со столом разрез кольца располагаем в плоскости симметрии в точке А (см. рис. 3, а), что позволяет использовать свойства симметрии (кососимметричные внутренние си ловые факторы равны нулю) и остается неизвестным один изгибающий момент X (рис. 4, а), который определяем из уравнения:

)] [ [ ) ][( ( X 1 = к S к + y zy C z / y + к zy = к ( 0,656qr 2 1,21Pr ) + 2 ][( )] ( ) + y zy ( 0,656qr 2 1,21Pr ) / y + к zy = 0,385Pr + 0,209qr 2, S = M кP sin d = 0,656qr 2 1,21Pr, где к n С z = M zc cos d = 0,656qr 2 1,21Pr.

P n Учитывая симметрию нагрузки, выражения изгибающих и крутящих мо ментов от внешней нагрузки M zci, M кPi в текущих сечениях основной системы на P двух участках 0 1 / 3 и 0 2 2 / 3 (см. рис. 4, а) вычисляются только для половины кольца. При движении от оси симметрии 1 для первого участка 1 / 3 и второго 0 2 2 / 3 получим:

= 0,5Prsin1 qr 2 sin(1 )d = 0,5Prsin1 qr 2 (1 cos 1 );

P M zc M = 0,5Pr(1 cos1 ) qr 2 [1 cos(1 )]d = 0,5Pr(1 cos1 )sin1 qr 2 (1 sin1 ).

P к M = 0,5 Pr sin(2 + / 3) + R1r sin 2 qr 2 [1 cos(2 + / 3)];

P zc M кP2 = 0,5Pr[1 cos( 2 + / 3 )] + R1r( 1 cos 2 ) qr 2 [ 2 + / 3 sin( 2 + / 3 )].

При действии указанной нагрузки максимальное осевое перемещение (про гиб) wmax возникает в точке А. Формула Мора для перемещения в полярной систе ме координат примет вид:

[y M zсi M zсi + к М кi М кi/ ]di, 2rI zс w= / EI z I y i =1 i / / где М zс, М к моменты от действия единичной силы (рис. 4, б);

М zс, М к момен ты в эквивалентной системе (см. рис. 4, а).

r sin( 2 -) ) Mzc C R d B q R2I R1I Mк 0, 2 0, r sin 1 1 1 B А X1 I R 0,5Py r а) б) Рис. 4. Эквивалентная система (а) и единичное нагружение (б) Окончательное уравнение максимального осевого упругого перемещения (осевой деформации) кольца с произвольной формой поперечного сечения при трёхопорном контакте торцовой поверхности с поверхностью стола (см. рис. 3, а):

r 3 I zс 10 [Py (168 y + 38 к ) + r (q c + q m )(64 y + 7,4 к )].

= (1) w max EI z I y Значения Iz и Iу, Izс, Iус, y, к для исследуемых колец подшипников приведе ны в табл. 1.

При нагружении кольца число опор будет увеличиваться.

Аналогично получена математическая модель максимальной упругой осе вой деформации при четырех опорном контакте (рис. 3, б):

r 3 I zс 10 [Py (64 y + 12к ) + r (qc + qm )(16,8 y + 0,8к )].

wmax4 = (2) EI z I y Максимальная осевая упругая деформация при изгибе разделяется в урав нениях (1), (2) на три слагаемых: wmax = wpmax + wqmax + wm.

При дальнейшем увеличении числа опор точное решение существенно ус ложняется в связи с возрастанием степени внешней статической неопределимости системы. При переходе от четырехопорного контакта к пяти- и шестиопорному величину максимальных упругих деформаций определяли в пропорции длинам пролётов на основании проведённого анализа прогибов в многопролётных нераз резных балках.

Контактную деформацию гладкой поверхности стола и шероховатой волни стой торцовой поверхности заготовки кольца, имеющей макротклонения в виде изогнутости, определяли методом Н. Б. Дёмкина. Проведённая оценка величины контактных деформаций позволяет сделать вывод, что её величина для исследуе мых колец при наибольших нагрузках не превышает двух процентов допуска пло скостности. В связи с этим в дальнейших расчетах влияние контактных деформа ций не учитывали. Экспериментальные исследования осевых деформаций колец под действием магнитного поля стола подтверждают это предположение.

Управление осевыми упругими деформациями, возникающими при закреп лении и шлифовании заготовок колец, осуществляется из условия обеспечения допустимого значения []. Для расчета допустимой упругой деформации кольца предложена следующая формула:

[] = - т, где - коэффициент запаса точности;

- допуск плоскостности торцовой поверх ности на операции шлифования;

т – допуск плоскостности при шлифовании жё сткой заготовки, определяемый из справочной литературы.

Применимость магнитного поля стола для закрепления заготовки кольца определяется условием:

wq []. (3) При wq [] кольцо на столе станка закрепляется с помощью упоров.

С учетом изменения количества опор при закреплении кольца магнитным полем станка осевая упругая деформация будет равна:

wq = yi + wqi, (4) где yi – уровень (мкм), соответствующих i-му количеству опор (y3 принимаем рав ным нулю);

wqi – осевая деформация при i опорах, 3 i 6.

Если wq3 у4, осевая упругая деформация в формуле (4) wq= wq3.

Если wq3 у4, находим wq4. При wq4 у5 – у4, wq = у4 + wq4.

Если wq4 у5 – у4, находим wq5. При wq5 у6 – у5, wq= у5 + wq5.

Если wq5 у6 – у5, wq у6.

Как показывает практика, получение требуемой шероховатости торцовой поверхности кольца подшипника возможно без использования выхаживания. Вы хаживание применяют для обеспечения допуска плоскостности. Основное время обработки возрастает при этом в среднем на 40%.

При закреплении заготовки кольца магнитным полем стола возможность шлифования без выхаживания определена неравенством:

wq + wp []. (5) При шлифовании заготовки кольца без закрепления магнитным полем до пустимое значение допуска плоскостности обеспечивается при выполнении нера венства:

wp []. (6) Допустимое значение радиальной составляющей силы резания, при которой заданное значение допуска плоскостности обеспечивается шлифованием без вы хаживания, найдем подстановкой математических моделей упругой деформации в (5) и (6). Например, для четырехопорного контакта и закрепления заготовки коль ца магнитным полем стола:

[ ] y 16,8 y + 0,8 к [P ] qr ;

A( 64 y + 12 к ) 64 y + 12 к y без закрепления магнитным полем стола:

[ ] w y4 r 3 I zс [P ], где А = 10.

m A( 64 y + 12 к ) y EI z I y Четвёртая глава посвящена исследованию влияния режима обработки и характеристики абразивного инструмента на показатели процесса шлифования.

Здесь же методом полного факторного эксперимента разработаны математиче ские модели приведённых к ширине образца составляющих силы резания (py, pz), коэффициента шлифования (Кш) и шероховатости обработанной поверхности (па раметр Ra).

В качестве входных факторов при моделировании процесса шлифования выбраны следующие параметры характеристики абразивного инструмента и ре жима шлифования: F – зернистость, меш. (ГОСТ Р 52381);

с1 (х1) – твёрдость шлифовального круга, определяли звуковым методом по приведенной скорости распространения акустических волн, м/с (ГОСТ Р 52710);

t (х2) – глубина шлифо вания, мм/ход;

vs (х3) – скорость подачи стола, м/мин. В скобках дано условное обозначение кодированных значений фактора.

С учётом производственного опыта были выбраны следующие диапазоны варьирования входных факторов: F – от F60 до F46;

с1 – от 4504 м/с (K) до м/с (L);

t – от 0,01 до 0,02 мм/ход;

vs – от 10 до 20 м/мин.

В результате сравнения дисперсий выходных факторов процесса по крите рию Кохрена было установлено, что в рассматриваемом диапазоне варьирования дисперсии выходных факторов неоднородны, то есть не выполняется обязатель ное условие математического моделирования с использованием методики рацио нального планирования эксперимента. Снижение различия дисперсий достигается уменьшением интервала варьирования факторов. Наибольшие дисперсии выход ных параметров наблюдаются при шлифовании кругами различной зернистости.

Исходя из этого, математические модели выходных параметров процесса шлифо вания разрабатывали в отдельности для каждой зернистости. Дисперсии состав ляющих силы резания для кругов одной зернистости в данном случае можно счи тать однородными.

В результате анализа экспериментальных данных установлено, что в рас смотренном интервале варьирования составляющие силы резания на некоторых режимах шлифования значимо зависят от наработки. В связи с этим наработка V (х4) была введена в математические модели в качестве четвертого входного фак тора. Исследования выполняли методом полного факторного эксперимента типа 2k, где k – число факторов. С учетом парных взаимодействий математические мо дели выходных факторов процесса шлифования искали в следующем общем виде:

y = b0+ b1x1 + b2x2 + b3x3 +…+ b12x1x2+ b23x2x3 +…+ b123x1x2x3+… + b1234x1x2x3x4, где y – выходной фактор;

х – кодированное значение входного фактора;

b – коэф фициенты полинома.

Для составляющих силы резания, приведенных к единице ширины обраба тываемой поверхности, py и pz число факторов k = 4, для коэффициента шлифова ния Kш и Ra – k = 3.

В результате обработки экспериментальных данных и проверки на значи мость коэффициентов полиномов получены математические модели выходных факторов при шлифовании кругами зернистостью F46 и F60 (табл. 2).

Таблица py(F46), py = 19,9 + 5,45x1 + 3,43x2 + 0,99x3 + 3,67x4 + 1,02 x1x2 – 2,40x1x3 +2,6 x1x4 + 0,69x2x3 – Н/мм - 1,42 x3x4 – 1,49x1x3x py(F60), py = 31,42+0,91x1–3,21x2–1,02x4+1,78x1x2–3,44x2x3+0,77x3x4+ +1,93x1x2x3x4+ 2,06x1x2x Н/мм – 3,078 x1x2x4 – 0,73 x1x3x pz(F46), pz = 6,21 + 0,82x1 + 0,9x2 + 0,82x3 + 0,49x4 – 0,54x1x3 + 0,23 x1x Н/мм pz(F60), pz = 9,18+1,86 x1+ 0,67x3 – 0,27x4+ 0,32x1x3 – 0,38x2x3+ 0,37x3x4+0,37x1x2x3x4 +,72x1x2x Н/мм – 0,35 x1x2x Кш(F46) Кш = 44,77 – 5,06x2 – 13,51x3 + 6,15x1x Кш(F60) Кш = 22,75 – 1,97x1 – 5,83x2 – 1,68x3 – 2,61x1x2 + 1,71x1x3 – 4,77x2x Ra(F46) Ra = 1,81– 0,22x1+ 0,46x3 – 0,22x1x Ra(F60) Ra = 1,92+ 0,27x1 + 0,2x2 + 0,29x1x2+ 0,3x1x3+ 0,26x1x2x Для проверки адекватности полученных математических моделей были проведены дополнительные эксперименты. Сравнение полученных по результа там экспериментов дисперсий адекватности с ранее найденными дисперсиями воспроизводимости по критерию Фишера при 5%-ном уровне значимости показа ло их однородность, что свидетельствует об адекватности разработанных матема тических моделей.

В пятой главе рассматривается методика определения оптимальных пара метров шлифования колец крупногабаритных подшипников, обеспечивающая выполнение требований к качеству обработанной поверхности (отсутствие шли фовочных прижогов, заданные значения Ra и допуска плоскостности ) при мак симальной производительности процесса.

На первом этапе при выборе оптимальных условий шлифования заготовку рассматривают как абсолютно жёсткую и оптимизацию параметров осуществля ют из условия выполнение первых двух требований, т.е. обеспечения бесприжо говой обработки и заданного значения Ra.

С использованием математических моделей (табл. 2) определяют области существования параметров оптимизации, обеспечивающих выполнение требова ний к данным параметрам качества.

Параметр Ra задан в технологическом процессе. Образование шлифовочных прижогов на обработанной поверхности заготовки определяется касательной со ставляющей силы резания Pz. В результате проведенных исследований установ лено, что шлифовочные прижоги появляются при значениях pz 6 Н/мм.

С использованием математических моделей Ra и pz определены области до пустимых значений параметров оптимизации.

Дальнейшая оптимизация параметров в области допустимых значений осу ществляется из условия обеспечения максимальной производительности процесса (рис. 5).

Исходные данные:

требования: по прижогам Pz [Pz];

по качеству обработки поверхности Ra [Ra];

и др.

геометрические параметры кольца (D, D1, C, );

допуск плоскостности торцовой поверхности на операции шлифования - ;

математические модели выходных факторов: радиальной и касательной составляющих сил резания - Py, Pz, шероховатости поверхности - Ra от входных факторов (x1, x2, x3, x4, ) – Py = Py (x1, x2, x3, x4, ….), Pz = Pz (x1, x2, x3, x4, ….), Ra = Ra (x1, x2, x3, x4, ….);

интенсивность усилия магнитного поля стола q Определение области допустимых параметров шлифования, обеспечивающих требования по прижогам, шероховатости поверхности и др.: Pz (x1, x2, x3, x4, ….) [Pz];

Ra(x1, x2, x3, x4, ….) [Ra];

...

Определение оптимального режима шлифования с максимальной производительностью Qmax(x1, x2, x3, x4, ….) (р е ж и м 1) Определение величины радиальной составляющей силы резания Py = Py(x1, x2, x3, x4, ….) для оптимального режима (р е ж и м 1) Расчёт максимальной осевой упругой деформации кольца: wmax = wp + wq Использование нет да магнитного поля стола:

wq [] Шлифование Шлифование нет да нет без выхаживания: без выхаживания:

wр + wq [] wр [] Область Область допустимых допустимых да нет параметров шлифования нет да параметров шлифования без выхаживания: без выхаживания:

wр +wq [];

wр [];

To1,4Tomin To1,4Tomin Оптимальный режим Оптимальный режим Шлифование Шлифование шлифования с максимальной шлифования с максимальной с выхаживанием с выхаживанием производительностью производительностью (р е ж и м 1) (р е ж и м 1) (р е ж и м 2) (р е ж и м 2) Шлифование без выхаживания при допускаемой радиальной составляющей силе резания [Py] Рис. 5. Алгоритм выбора оптимальных условий шлифования заготовок колец крупногабаритных подшипников с начальными отклонениями от плоскостности торцов Второй этап оптимизации при шлифовании колец подшипников заключает ся в необходимости учета упругих деформаций при закреплении заготовки. Воз можность использования магнитного поля стола станка для закрепления заготов ки кольца реализуется при выполнении неравенства (3), шлифование без выхажи вания – неравенствами (5) и (6). Если неравенства (5) и (6) не выполняются, заго товки кольца шлифуют с выхаживанием, что приводит к увеличению основного времени шлифования.

В таком случае в области ранее определенных допустимых значений пара метров процесса целесообразно найти такие условия шлифования, при которых возможно выполнение следующих условий:

wр + wq [];

To1,4To min, (7) где To min – основное время шлифования без выхаживания при максимальной про изводительности обработки, параметры реализации которой были определены ра нее. При существовании области параметров процесса, удовлетворяющих (7), вы бор оптимальных условий шлифования осуществляется по критерию максималь ной производительности.

Аналогичный подход реализован при определении оптимальных условий шлифования заготовок колец подшипников, закрепление которых на столе станка осуществляется магнитным полем, представлен в алгоритме (см. рис. 5).

На основании выполненной работы предложен и запатентован способ уст ранения начальных отклонений от плоскостности торцов колец подшипников шлифованием, при котором шлифование первого торца производится без дейст вия магнитного поля стола с радиальной составляющей силы резания, обеспечи вающей осевую упругую деформацию кольца меньше допуска плоскостности торцов (пат. 2370354 РФ, МПК В 24 В 7/04).

Разработанная методика выбора оптимальных условий шлифования торцо вых поверхностей колец конических подшипников апробирована на Волжском филиале ОАО «ЕПК Самара». С целью автоматизации расчетов разработано про граммное обеспечение. Выбор оптимальных условий шлифования сделан на при мере двух колец конических подшипников (см. табл. 1). В соответствии с разра ботанной методикой определены оптимальные режимы шлифования и характери стика инструмента. Результаты производственных испытаний показали, что реко мендованные условия шлифования обеспечивают заданные параметры качества обработанной поверхности кольца подшипника 1077756.01 при повышении про изводительности процесса на 20%. Ожидаемый экономический эффект от внедре ния результатов работы в производство более 300 тыс. руб.

Акты внедрения результатов работы приведены в приложении диссертации.

Общие выводы 1. Решена актуальная научная задача повышения эффективности шлифова ния торцов колец крупногабаритных подшипников, имеющих начальные откло нения от плоскостности торцов, путем управления осевыми упругими деформа циями, возникающими при закреплении заготовок колец и шлифовании под дей ствием радиальной составляющей силы резания.

2. Определены условия, обеспечивающие получение заданного допуска плоскостности торцовой поверхности колец подшипников с учетом осевой упру гой деформации при закреплении и шлифовании.

3. Разработана математическая модель осевой упругой деформации заготов ки кольца конического подшипника, имеющего начальные отклонения от плоско стности торцовой поверхности, возникающей при закреплении и шлифовании за готовки.

4. С учетом допуска плоскостности торцовой поверхности для операции шлифования разработана математическая модель допустимой радиальной состав ляющей силы резания, определяющей возможность обработки без выхаживания.

5. Разработаны алгоритм и программное обеспечение для определения оп тимальных условий шлифования торцовой поверхности колец конических под шипников, обеспечивающие получение заданных требований к качеству обрабо танной поверхности (Ra, допуск плоскостности, отсутствие шлифовочных прижо гов) при максимальной производительности процесса.

6. Разработан способ получения заданного допуска плоскостности торцов колец на операции шлифования, новизна которого подтверждена патентом 2370354 РФ, МПК В 24 В 7/04.

7. Разработаны и внедрены в производство рекомендации по определению условий, обеспечивающих возможность устранения отклонений от плоскостности торцов колец крупногабаритных подшипников шлифованием, и методика выбора оптимальных условий шлифования торцовых поверхностей колец крупногабарит ных конических подшипников.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Исследование процессов шлифования внутренних и наружных конусов дета лей класса колец / Б.И. Коротков, С.Б. Коротков, В.Н. Тышкевич В. Н., С.В. Ор лов: Монография // Под ред. Б.И. Короткова/ ВолгГТУ. – Волгоград, 2007. – с.

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК 2. Орлов, С. В. Определение допускаемых значений вертикальной составляю щей силы плоского шлифования подшипниковых колец малой осевой жесткости / В. А. Носенко, В. Н. Тышкевич, С. В. Орлов // Справочник. Инженерный журнал.

– 2008. – №4. – С. 24-32.

3. Орлов, С. В. Определение осевых перемещений при шлифовании торцов под шипниковых колец / В.А. Носенко, В.Н. Тышкевич, С.В. Орлов, В.Б. Светличная // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2010. – № 2. – C. 70 –74.

4. Орлов С. В. Влияние режимов обработки и твёрдости круга на составляющие силы шлифования подшипниковой стали / В.А. Носенко, С.В. Орлов, А.А. Крути кова // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии / - 2011. № 4/3 (288) - C. 94-99.

5. Орлов С. В. Влияние упругих деформаций на погрешность формы при закреп лении и обработке колец подшипников / А.А. Копецкий, В.А. Носенко, В.Н.

Тышкевич, С.В. Орлов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии / - 2012. - № 2/3 (292) - C. 103-107.

Статьи, переизданные в зарубежных журналах 6. Орлов С. В.The determination of axial displacements during bearing end face grinding / S.V. Orlov, V.А. Nosenko, V.N. Tyszkiewicz, V.B. Svetlichnaya // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. - 2010. - Vol. 39, No 2. - C. 157-160.

Патент на изобретение РФ 7. Пат. 2370354 РФ, МПК В 24 В 7/04. Способ устранения изогнутости торцов де талей класса колец шлифованием / С.В. Орлов, В.Н. Тышкевич, Б.И. Коротков, В.А. Носенко. – Опубл. 20.10.2009, Бюлл. № 29.

Публикации в сборниках научных трудов международных и всероссийских конференций 8. Орлов, С.В. Устранение изогнутости торцов колец подшипников шлифовани ем / В.А. Носенко, Б.И. Коротков, В.Н. Тышкевич, С.В. Орлов // Процессы абра зивной обработки, абразивные инструменты и материалы ( Шлифобразив – 2006 ) : сб. науч. тр. Междунар. конференции (Волжский 11-17 сентября 2006г.). В 2 т. Т.

2./ ВИСТех ( филиал ) ВолгГАСУ. – Волжский, 2006. – С.163–166.

9. Орлов, С.В. Определение усилий шлифования торцов колец подшипников/ В.А. Носенко, Б.И. Коротков, В.Н. Тышкевич, С.В. Орлов // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы ( Шлифобразив – 2006 ) : сб.

науч. тр. Международной конференции (Волжский 11-17 сентября 2006г.). В 2 т.

Т. 2./ ВИСТех ( филиал ) ВолгГАСУ. – Волжский, 2006. – С.166 – 169.

10.Орлов, С. В. Использование моделей МДТТ для определения усилий шлифо вания торцов колец подшипников / В.А. Носенко, С.В. Орлов // Прогрессивные технологии в обучении и производстве: матер. IV всерос. конф., г. Камышин, 18 20 октября 2006 г. В 2 т. Т.1 / КТИ (филиал) ВолгГТУ [и др.] – Камышин, 2006. – С. 98-100.

11.Орлов, С. В. Моделирование допустимых усилий торцового шлифования ко лец малой жесткости подшипников качения. / В.А. Носенко, В.Н. Тышкевич, С.В.

Орлов // Математические методы в технике и технологиях – ММТТ – 20.[Текст] :

сб. трудов ХХ Междунар. науч. конф. В 10 т. Т. 4. Секция 5 / под общ. ред. В.С.

Балакирева. – Ярославль : Изд-во Яросл. Гос. Техн. Ун-та, 2007. – С. 69–70.

12.Орлов, С. В. Определение осевых деформаций подшипниковых колец/ В. Н.

Тышкевич, С. В. Орлов // Инновационные технологии в обучении и производстве:

матер V Всерос. конф., г. Камышин, 4-6 декабря 2008 г.: В 3 т. Т.1. – Волгоград, 2008. – С. 130-132.

13.Орлов, С. В. Определение осевых перемещений при шлифовании торцов под шипниковых колец / В. А. Носенко, В. Н. Тышкевич, В.Б. Светличная, С. В. Ор лов //Инновационные технологии в обучении и производстве: матер. VI Всерос.

конф., г.Камышин, 15–16 декабря 2009 г.: В 6 т. Т. 1. – Волгоград, 2010. Т.1 – С.

182–185.

14.Орлов, С. В. Разработка регрессионных математических моделей составляю щих силы шлифования стали ШХ15 / В.А. Носенко, С.В. Орлов, А.А. Крутикова // Машиностроение и техносфера XXI века : сб. тр. XVIII междунар. науч.-техн.

конф. (г. Севастополь, 12-17 сент. 2011 г.). В 4 т. Т. 2 / Донецкий нац. техн. ун-т [и др.]. – Донецк, 2011. – С. 255-259.

15.Орлов, С. В. Исследование влияния характеристик абразивного инструмента и режимов обработки на силу шлифования Ру / В.А. Носенко, С.В. Орлов, А.А. Кру тикова // Научный потенциал XXI века : матер. V междунар. науч. конф. Т. I. Ес тественные и технические науки / ГОУ ВПО Сев.-Кав гос. техн. ун-т, Ком. Став ропольского края по делам молодёжи. - Ставрополь, 2011. - C. 249-251.

16.Орлов, С. В. Исследование влияния характеристик круга и режимов обработки на радиальную составляющую силы шлифования / В.А. Носенко, С.В. Орлов, А.А.

Крутикова // Инновационные технологии в обучении и производстве : матер. VII всерос. науч.-практ. конф., г. Камышин, 22-23 дек. 2010 г. В 5 т. Т. 2 / ГОУ ВПО ВолгГТУ, КТИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград, 2011. - C. 41-43.

17.Орлов, С. В. Исследование влияния твердости инструмента и режимов обра ботки на радиальную и тангенциальную составляющие силы шлифования / В.А.

Носенко, С.В. Орлов, А.А. Крутикова // Теплофизические и технологические ас пекты повышения эффективности машиностроительного производства : труды III Международной науч.-техн. конф. (Резниковские чтения) / под ред. Л.А. Резнико ва [и др.]. – Тольятти : ТГУ, 2011. – С. 128 – 134.

18.Орлов, С. В. Влияние наработки, твёрдости круга и режимов на радиальную и тангенциальную составляющие силы шлифования / В.А. Носенко, С.В. Орлов, А.А. Крутикова // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и техноло гии – Технология – 2011 : сб. науч. тр. XIV междунар. науч.-техн. конф. (г. Орел, 5-7 окт. 2011 г.). / Технологический институт им. Н.Н. Поликарпова ФГБОУ ВПО « Госуниверситет – УНПК». – Орел, 2011. – С. 56-58.

19.Упругие деформации при закреплении и обработке колец конических ролико вых подшипников / Копецкий А.А., Носенко В.А., Тышкевич В.Н., Орлов С.В. // Фундаментальные проблемы техники и технологии "Технология – 2012" : сб. тез.

и аннотаций науч. докл. XV междунар. науч.-техн. конф., г. Орёл, 5-8 июня г. / Технол. ин-т им. Н.Н. Поликарпова ФГБОУ ВПО "Госуниверситет – УНПК". М. ;

Орёл, 2012. - C. 57-60.

Другие публикации 20.Орлов, С. В. Расчетная схема для определения усилий торцового шлифования подшипниковых колец с систематической изогнутостью / С. В. Орлов // 6-я науч но-практическая конференция проф.-препод. состава ВПИ (филиал) ВолгГТУ (г.

Волжский, 2007 г.): сб. матер. конф. / ВолгГТУ. – Волгоград, 2007. – С. 138-140.

21.Орлов, С. В. Экспериментальная зависимость величины допускаемой подачи от прогиба подшипниковых колец с осевой изогнутостью / С. В. Орлов // 7-я на учно-практическая конференция проф.-препод. состава ВПИ (филиал) ВолгГТУ (г. Волжский, 2008 г.): сб. матер. конф. / ВолгГТУ. – Волгоград, 2008. – С. 72-74.

22.Орлов, С. В. Способ устранения изогнутости торцов подшипниковых колец шлифованием. / В. А. Носенко, С. В. Орлов, В. Н. Тышкевич // Сборник трудов IX Научно-практической конференции проф.-препод. состава ВПИ (филиал) Вол гГТУ: РПК «Политехник» ВолгГТУ. – Волгоград, 2010. – С. 72-73.

23.Орлов, С. В. Определение осевых деформаций при шлифовании подшипнико вых колец / В.А. Носенко, В.Н. Тышкевич, В.Б. Светличная, С.В. Орлов // Взаи модействие вузов и промышленных предприятий для эффективного развития ин новационной деятельности : [сб. тр.] V межрегион. науч.-практ. конф. (г. Волж ский, 24-25 апр. 2009 г. ) / ВПИ (филиал) ВолгГТУ [и др.]. - Волжский, 2010. - C.

100-104.

Подписано в печать _._. 2013г. Заказ №. Тираж 100 экз. Печ.л. 1, Формат 60 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Типография ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета.

400005, г. Волгоград, ул. Советская,

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.