Full Text

Важнейшей задачей прецизионного машиностроения, в частности подшипникостроения, на современном этапе является разработка более эффективных технологических процессов изготовления деталей, обеспечивающих не только достижение высокой точности при минимуме затрат, но и сохранение первоначальных показателей точности в течение всего срока службы изделия [1]. Одним из основных факторов, приводящих к снижению первоначальной точности деталей, является релаксация остаточных напряжений [2-8]. Увеличение отклонений формы деталей, вызываемое релаксацией напряжений, неизбежно приводит к снижению надежности и уменьшению срока службы машин, снижению их эксплуатационных свойств [9-14]. В связи с этим осуществляется и развернутое изучение основных закономерностей процесса формирования остаточных напряжений и влияния на него параметров обработки [15-17]. В последние годы стали весьма актуальными вопросы изучения остаточных напряжений. В ряде отраслей машиностроения находят все более широкое применение конструкции, состоящие из маложестких деталей. Такие детали должны обладать достаточно высокой точностью формы, обеспечивающей возможность их сборки без создания дополнительных напряжений [18-23]. Исследование колец подшипников 2108-1006120-01 по остаточным напряжениям проводилось рентгеновским методом на дифрактометре МАР 3 [24]. Контроль величины овальности колец проводился на координатно-измерительной машине FARO ARG EDGE [25]. С целью определения эффективности данного вида обработки испытывали четыре партии колец по 30 штук в каждой, которые выбирались случайным образом из группы колец, прошедших предварительную обработку согласно технологическому процессу изготовления данной детали: 1-я партия колец являлась контрольной (над кольцами не производили никаких действий по снятию внутренних напряжений); 2-я партия подвергалась ультразвуковой обработке в жидкой среде; 3-я партия подвергалась виброобработке с поворотом детали на 25°-30° и режимами А = 10 мкм, t = 5 мкм, d = 35 мкм; 4-я партия - обычному термическому отпуску (отпуск при температуре 150 °С в печи в течение 3 ч, температура плавления полиамида ПА66 литьевого по ОСТ 6-06-369-74 составляет 252 °С). Для обработки результатов была использована программа Statistica. Обработка результатов по каждой группе колец 2108-1006120-01 проводилась по принципу создания контрольных карт по полю рассеяния, математическому ожиданию, дисперсии и среднему квадратичному отклонению. В процессе обработки полученных данных были построены гистограммы (рис. 1-4) распределения показателей отклонения овальности колец до заливки реборды из полиамида, сразу же после заливки реборды из полиамида, после первого дня и на 15-й день после заливки реборды. Анализ гистограмм позволяет сделать следующие выводы о влиянии ультразвуковой обработки на показатели овальности колец подшипников в выбранные интервалы времени (см. рис. 1). Анализ контрольной группы колец подшипников (см. рис. 1) показал, что овальность колец подшипников, не обработанных ультразвуком, меняется с течением времени. Величина s - среднее квадратичное отклонение случайной величины - остается примерно на одном уровне и изменяется на 10-15 % (табл. 1). Анализируя кривую нормального распределения овальности колец подшипника контрольной группы по w - величине рассеяния контрольной группы, можно говорить о том, что величина овальности колец подшипников, не обработанных ультразвуком, не будет обеспечивать заданные параметры в собранных подшипниках. Об этом можно судить по увеличению среднего квадратичного отклонения случайной величины и увеличению величины рассеяния контрольной группы на 15-й день измерения. Графики нормального распределения величин овальности колец второй группы наблюдения (см. рис. 2) показывают резкое уменьшение величины среднего квадратичного отклонения, что, в свою очередь, приводит к уменьшению величины рассеяния. Величина рассеяния указывает на увеличение концентрации частот колец, имеющих одинаковое значений овальности (гистограмма распределения овальности после обработки ультразвуком в первый день). Затем происходит увеличение значения среднего квадратичного отклонения (график становится пологим). Значение s становится близким к значению среднего квадратичного отклонения (табл. 2), но полученного до заливки реборды (разница составляет 17 %). Исходя из этого, можно судить об уменьшении внутренних напряжений, так как величина овальности возвращается к значениям, полученным до заливки реборды. Графики нормального распределения овальности третьей группы показывают следующее (см. рис. 3). Кривая нормального распределения после заливки реборды сместилась относительно кривой, полученной по значениям овальности до заливки реборды, также произошло уменьшение значений s и w, что говорит о концентрации значений овальности в данном интервале. Смещение кривой говорит об изменении значений овальности колец в данной группе, а именно об увеличении значения овальности, что свидетельствует о наличии напряжений внутри колец. Рис. 1. Распределение показателей отклонения овальности колец подшипников без использования методик снятия остаточных напряжений: а - до заливки реборды; б - после заливки реборды; в - через 1 день после заливки реборды; г - на 15-й день после заливки реборды Таблица 1 Анализ группы колец подшипников, не обработанных ультразвуком Этап Поле рассеяния w, мкм Математическое ожидание Х, мкм Дисперсия s2, мкм2 Среднее квадратичное отклонение s, мкм До заливки реборды 9,06 2,53 2,28 1,51 После заливки реборды 18,24 3,99 9,24 3,04 В 1-й день измерений 9,96 2,93 2,76 1,66 На 15-й день измерений 10,8 3,54 3,26 1,80 Рис. 2. Распределение показателей отклонения овальности колец подшипников, обработанных ультразвуковыми волнами через рабочую жидкость: а - до заливки реборды; б - после заливки реборды; в - через 1 день после заливки реборды; г - на 15-й день после заливки реборды Таблица 2 Анализ группы колец подшипников, обработанных ультразвуком через рабочую жидкость Этап Поле рассеяния w, мкм Математическое ожидание Х, мкм Дисперсия s2, мкм2 Среднее квадратичное отклонение s, мкм До заливки реборды 7,08 3,03 1,4 1,18 После заливки реборды 26,76 3,9 19,9 4,46 В 1-й день измерений 9,66 3,13 2,6 1,61 На 15-й день измерений 7,56 3,58 1,6 1,26 График (см. рис. 3, в) овальности колец, обработанных ультразвуком, показывает, что изменение отклонения от круглости (овальность) продолжилось. Значение поля рассеяния также продолжило изменяться. Среднее квадратичное отклонение увеличилось на 20 %. При повторном измерении были получены следующие результаты. Значение середины кривой нормального распределения вернулось в положение, которое наблюдалось у кривой до заливки реборды. Значение s увеличилось и приблизилось к значению s до заливки реборды, отличие составляет 15 % (табл. 3). Поле рассеяния также приблизилось к величине w, полученной до заливки реборды, что позволяет судить о стабилизации размеров деталей на 15-й день после ультразвуковой обработки и снижении остаточных напряжений. Графики нормального распределения овальности четвертой группы (см. рис. 4) показывают следующее. Рис. 3. Распределение показателей отклонения овальности колец подшипников, обработанных ультразвуковыми волнами при непосредственном контакте с деталью: а - до заливки реборды; б - после заливки реборды; в - через 1 день после заливки реборды; г - на 15-й день после заливки реборды Таблица 3 Анализ группы колец подшипников, обработанных ультразвуковыми волнами при непосредственном контакте с деталью Этап Поле рассеяния w, мкм Математическое ожидание Х, мкм Дисперсия s2, мкм2 Среднее квадратичное отклонение s, мкм До заливки реборды 8,82 2,83 2,17 1,47 После заливки реборды 15,3 3,33 6,52 2,55 В 1-й день измерений 10,5 2,67 3,08 1,75 На 15-й день измерений 8,28 3 1,91 1,38 Кривая нормального распределения после заливки реборды сместилась относительно кривой, полученной по значениям овальности до заливки реборды, также произошло уменьшение значений s и w, что говорит о концентрации значений овальности в данном интервале. Смещение кривой говорит об изменении значений овальности колец в данной группе, а именно об увеличении значения овальности, что свидетельствует о наличии напряжений внутри колец. График овальности колец, обработанных ультразвуком, показывает, что изменение отклонения от круглости (овальность) продолжилось. Значение поля рассеяния также продолжило изменяться. Среднее квадратичное отклонение увеличилось на 14 %. При повторном измерении были получены следующие результаты. Значение середины кривой нормального распределения вернулось в положение, которое наблюдалось у кривой до заливки реборды. Значение s увеличилось и приблизилось к значению s до заливки реборды, отличие составляет 17 % (табл. 4). Поле рассеяния также приблизилось к величине w, полученной до заливки реборды, что позволяет судить о стабилизации размеров деталей на 15-й день после ультразвуковой обработки и снижении остаточных напряжений. Анализируя графики общего распределения овальности до и после ультразвуковой обработки, можно говорить о стабилизации отклонений от круглости (овальность) колец подшипника. После заливки реборды из полиамида происходит резкое увеличение овальности деталей в партии, о чем свидетельствует снижение высоты кривой нормального распределения, т.е. увеличение s - среднего квадратичного отклонения случайной величины, что говорит об увеличении поля рассеяния w. Увеличение поля рассеяния свидетельствует о большом разбросе размеров и, следовательно, меньшей точности. При этом вершина кривой нормального распределения смещается относительно седины поля рассеяния, что свидетельствует об измерении математического ожидания (рис. 5). Рис. 4. Распределение показателей отклонения овальности колец подшипников с применением термического отпуска: а - до заливки реборды; б - после заливки реборды; в - через 1 день после заливки реборды; г - на 15-й день после заливки реборды Таблица 4 Анализ группы колец подшипников, обработанных термическим отпуском Этап Поле рассеяния w, мкм Математическое ожидание Х, мкм Дисперсия s2, мкм2 Среднее квадратичное отклонение s, мкм До заливки реборды 9,06 3,1 2,3 1,51 После заливки реборды 15,18 3,8 6,4 2,53 В 1-й день измерений 6,54 2,97 1,19 1,09 На 15-й день измерений 9,48 2,5 2,5 1,58 Рис. 5. Общее распределение овальности до и после ультразвуковой обработки После ультразвуковой обработки колец наблюдения проводились через определенный интервал времени. Так, при первом измерении (1-й день) кривая закона нормального распределения вытянулась, т.е. произошло уменьшение величины s - среднего квадратичного отклонения случайной величины. Поле рассеяния w уменьшилось, точность колец с ребордой из полиамида после ультразвуковой обработки увеличилась, но нормального распределения, стала несимметричной, в результате чего можно говорить о влиянии различных причин систематического и случайного характера. На 15-й день после ультразвуковой обработки проводилось повторное измерение выбранной партии колец подшипников. Кривая нормального распределения стала симметричной, но s уменьшилась на 30 % по сравнению с предыдущим показанием. Дальнейшие измерения не показали изменений величины среднего квадратичного отклонения, что говорит о стабилизации величины овальности колец подшипников. Стабилизация показателей говорит об уменьшении остаточных напряжений, связанных с различными этапами обработки.

About the authors

M. G Babenko

Saratov State Technical University named afther Yuri Gagarin

S. V Slesarev

Saratov State Technical University named afther Yuri Gagarin

References

Statistics

Views

Abstract - 33

PDF (Russian) - 27

Refbacks

• There are currently no refbacks.