CC BY
42
УДК 621.923.4
И.А. Михайловский, В.В. Сальников, Д.С. Осипов, И.Г. Гун
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕЖИМОВ ПЛАНЕТАРНОЙ ОБКАТКИ ГОЛОВОК ШАРОВЫХ ПАЛЬЦЕВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА МИКРОТОПОГРАФИИ ПОВЕРХНОСТИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ
На основе экспериментальных исследований определен характер микротопографии поверхности головок шаровых пальцев до и после чистовой обработки обкаткой. На базе полученных результатов определена зависимость высотных характеристик шероховатости поверхности головок шаровых пальцев от режимов обработки, предложены режимы обработки головок обкаткой, позволяющие увеличить производительность процесса и повысить качество изделий.
Шаровой шарнир, шаровой палец, планетарная обкатка, пластическое деформирование, шероховатость поверхности, режимы обработки.
The microtopographic surface texture of ball stud spheres was determined during the experimental research before and after the planetary rolling process. On the basis of experimental results, the dependence of high-altitude characteristics of the surface roughness of ball stud spheres was determined. The modes of ball stud spheres machining by rolling were proposed that increase the productivity of the process and improve the quality of the products.
Ball joint, ball stud, planetary rolling, plastic deformation, surface roughness, process modes.
В настоящее время суммарный годовой выпуск шаровых шарниров передней подвески только, например, для автомобилей ВАЗ составляет более чем на 10 отечественных предприятиях-изготовителях данного вида продукции около 10 млн шт. В связи с этим актуальной задачей является повышение качества комплектующих изделий, входящих в конструкцию шарового шарнира, с целью повышения эксплуатационного ресурса узла. Основной деталью шарового шарнира является шаровой палец, неполная сферическая часть (головка) которого находится внутри корпуса и охватывается вкладышем, изготовленным из полимерного материала. Поэтому с целью снижения износа последнего к качеству поверхности головки шарового пальца предъявляются повышенные требования (в зависимости от модели автомобиля параметр шероховатости Ка составляет 0,20 -0,45 мкм). Наиболее распространенным способом поверхностного пластического деформирования головок шаровых пальцев у отечественных производителей является планетарная обкатка (рис. 1).
Однако данному способу присуща неравномерность обработки участков поверхности головки. В частности, кратность прохождения деформирующих на околополюсных участках превышает кратность обработки экваториальной зоны в 300 - 400 раз. При этом исходные перед поверхностным деформированием значения высотных параметров шероховатости, напротив, максимальны на экваторе и в 2,0 - 3,5 раза больше, чем на полюсе и участках, прилегающих к торцевому срезу головки. Данное несоответствие является причиной как снижения качества обрабатываемых изделий, так и уменьшения производительности процесса планетарной обкатки. В связи с этим исследование и совершенствование технологии поверхностного пластического деформирования головок шаровых пальцев с целью повышения качества и
увеличения производительности обработки является актуальным.
к>„
Рис. 1. Планетарная обкатка головок шаровых пальцев:
1 - шаровой палец; 2 - головка шарового пальца; 3 - шпиндель вращения шарового пальца; 4 - обкатная головка; 5 -деформирующие тела качения; Юинст - угловая скорость вращения обкатного инструмента; Юшп - угловая скорость вращения шарового пальца
С целью исследования поверхности головок шаровых пальцев перед чистовой обработкой был произведен выбор параметров, наиболее полно характеризующих микротопографию поверхности головки шарового пальца. На рис. 2 показан профиль поверхности неполных сферических головок шаровых
5
пальцев перед обкаткой. Как видно из рисунка, поверхность имеет значительную периодическую составляющую.
Для описания микротопографии поверхности были взяты высотные точечные характеристики: Яа -среднеарифметическое отклонение ординат профиля от базовой линии, взятых по модулю; Ятах - максимальный разброс ординат профиля от базовой линии. Параметр Яа был взят, так как он является одной из наиболее состоятельных, несмещенных и эффективных характеристик микротопографии поверхности [2]. Параметр Ятах был выбран для определения величины деформации микронеровностей профиля. Однако в ходе исследования оказалось, что все высотные параметры имеют жесткую взаимосвязь.
В ходе эксперимента было подтверждено условие для поверхностей с периодическим профилем, согласно которому должно соблюдаться постоянное соотношение [1], [2] между высотными параметрами пр°филя Яа и Ятах.
Зависимость между параметрами Яа и Ятах на
экваторе головки после черновой обработки описывается уравнением
Яа „ = 0,1924 Ят,х„.
После обкатки данную взаимосвязь можно описать уравнением
Яа = 0,1733 Ятах *
После обработки результатов эксперимента была выведена эмпирическая зависимость, описывающая влияние параметров (Ята^ , Р0, /) процесса чистовой планетарной обкатки поверхности головок шаровых пальцев 2108-2904187-10 по указанной схеме на параметр шероховатости Ятах на экваторе головки:
Ятах= 336,9061 • * Ро"0 9053 • '^03420.
Поскольку существует зависимость между значениями высотных параметров шероховатости в процессе планетарной обкатки от кратности обработки, необходимо было определить высотные параметры шероховатости на различных участках поверхности головки шарового пальца.
Были проведены замеры шероховатости поверхности головки образца (режим обкатки: РО = 325 Н; / = 14 с) на шести уровнях измерений после черновой обработки и после планетарной обкатки (рис. 3).
По результатам проведенных исследований было предложено производить в процессе производства сортировку изделий, прошедших операцию черновой обработки головки по состоянию ее поверхности, на две группы: а) Яа < 2 мкм; б) Яа > 2 мкм. При этом
сортировку предложено осуществлять с использованием утвержденных эталонных образцов.
В зависимости от исходного качества поверхности головки шарового пальца были предложены режимы планетарной обкатки для шаровых пальцев передней подвески 2101-2904187-10, 2108-290418710, применяемых, соответственно, на заднепривод-ных и переднеприводных автомобилях производства ОАО «АВТОВАЗ».
Для планетарной обкатки шаровых пальцев 21012904187-10:
- группа «а»: Р = 480 Н; ^ = 15 с; юинст = = 2100 об./мин; юшп = 8,5 об./мин;
- группа «б»: Р = 495 Н; ^ =23 с; юинст = = 2100 об./мин; юшп = 8,5 об./мин.
Для планетарной обкатки шаровых пальцев 21082904187-10:
- группа «а»: Р = 425 Н; ^ = 15 с; юинст = = 2100 об./мин; юшп = 8,5 об./мин;
- группа «б»: Р = 490 Н; / = 20 с; юинст = = 2100 об./мин; юшп = 8,5 об./мин.
мкм
Рис. 2. Профиль поверхности на экваторе головки шарового пальца после черновой обработки фрезерованием (Ятах = 8,25 мкм; Яа = 1,39 мкм)
х, мм
а
^max МКМ
х, мм
б
Рис. 3. Зависимости высотных параметров микропрофиля участков поверхностей головки шарового пальца от удаленности от экватора:
а) Яа ; б) Ятах ; 1 - исходный параметр шероховатости; 2 - параметр шероховатости поверхности образца после обкатки
Реализация предложенных режимов позволила повысить качество обработки за счет снижения высотных параметров шероховатости поверхности головок шаровых пальцев на 8 - 10 % и увеличить производительность процесса планетарной обкатки на 5 - 7 %.
Список литературы
1. Лукьянов, В.С. Параметры шероховатости поверхности / В .С. Лукьянов, Я. А. Рудзит. - М., 1979.
2. Хусу, А.П. Шероховатость поверхностей. Теоретико-вероятностный подход / А.П. Хусу, Ю.Р. Виттенберг, В.А. Пальмов. - М., 1975.
/ \
НАУЧНЫЕ ТРУДЫ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ ЧЕРЕПОВЕЦКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
Грызлов, В.С. Формирование структуры шлакобетонов: монография. - Череповец: ЧГУ, 2011. - 274 с. -ISBN 978 - 5 - 85341 - 424 - 2.
В монографии систематизированы методологические, теоретические и прикладные аспекты структу-рообразования шлакобетонов. Особое внимание уделено вопросам структурной и технологической механики бетонов. Даются новые представления о структурной теории теплопроводности, теплофизике эксплуатационного состояния и прогнозирования теплозащитных свойств ограждающих конструкций из шлакобетонов. Рассматриваются методы модификации и унификации конструкционных шлакобетонов и приводятся рекомендации по их применению в индустриальном строительстве.
Издание предназначено для инженерно-технических работников, аспирантов, магистрантов, студентов строительного направления.
\_/
