CC BY
1
Поскольку управляющая программа формируется исходя из принципов построчного движения инструмента второго порядка, можно добиться более равномерного удаления слоев металла с боковых поверхностей обрабатываемых зубьев по сравнению с обработкой зуборезной резцовой головкой и цилиндрическими концевыми фрезами. Последовательное ступенчатое уменьшение диаметра фрез и изменения режимов обработки, позволяет добиться получения поверхности высокого качества, в том числе и на дне впадин обрабатываемого венца.
Список литературы
1. Козлов Д.Н. Шевингование. Учебное пособие для индивидуальной и бригадной подготовки рабочих на производстве. Изд. 2-е, переработ. и доп. М., «Высш. школа», 1967. 144 с.
2. Козлов Д.Н. Шевинговальщик. Профтехиздат, 1962. 146 с.
3. Родин П.Р. Технология изготовления зуборезного инструмента. К.: Техника, 1982. 208 с.
4. Маликов А.А. Основы высокоэффективной технологии обработки зубьев цилиндрических колёс: монография. Тула: Изд-во ТулГ, 2008. 271 с.
5. Болтовская Т.П., Болтовский И.А. Справочник по корригированию зубчатых колес. М.: Машиностроение, 1967. - 240 с.
6. Болтовский И.А. Справочник по геометрическому расчету эвольвентных зубчатых передач: справочник. М.: Машиностроение, 1986. 448 с.
7. Борискин О.И., Валиков Е.Н., Белякова В.А. Комбинированная обработка зубьев цилиндрических зубчатых колес шевингованием - прикатыванием: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 123 с.
8. Тайц Б.А. Производство зубчатых колес. Справочник. Машгиз, 1963. 684 с.
Чечуга Антон Олегович, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
ROUGHMACHINING PROCESSES OF TEETH OF CYLINDRICAL WHEELS WITH CIRCULAR TEETH
A.O. Chechuga
The work discusses the technological scheme for processing rims with circular teeth and its features. Methods for forming gear rims using double-sided gear cutting heads and standard axial tools are described. Their advantages and disadvantages, as well as their potential for use in tool production, are analyzed. Schemes for processing circular teeth with cylindrical and spherical end mills are presented.
Key words: rolling shaver, ring gear, double-sided gear-cutting cutting head, carbide end mill.
Chechuga Anton Olegovich, postgraduate, chechugaanton@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.923.5
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-3-324-325
УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ МНОГОБРУСКОВОЙ СУПЕРФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ
КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ
А.А. Перегородов, П.Н. Резанов, Н.А. Перегородова, О.Ю. Давиденко
В работе рассматривается возможность применения универсального устройства для суперфиниширования поверхностей дорожек качения колец различных типов подшипников с моделированием прототипов в САПР.
Ключевые слова: кольца подшипников, многобрусковое суперфиниширование, долговечность, абразивный инструмент, прецизионная обработка.
Введение. Научно-технический прогресс 21 века - это результат непрерывного поиска научным сообществом решений фундаментальных и прикладных вопросов самого различного характера. Вариативность и разнообразие точек зрения относительно путей разрешения проблем науки и техники, базирующихся на особых инновационных методах и подходах, позволяют прикоснуться к «новой реальности», предоставляющей социуму возможность овладеть недостижимыми ранее технологиями. Именно качественно новое переосмысление способов преодоления лимитирующих факторов, в том числе и производственных, способны повлиять на окончательный переход от постиндустриального общества к информационному, а также задать тенденции к трансформации до постинформационного. Такой процесс касается как внутреннего перестроения каждой личности, так и материального окружения всего человечества, что выражено в активном внедрении электроники, широком использовании современных материалов и применения новых источников энергии. А все, что формирует материальную составляющую жизни человека, безусловно, опирается на мировое промышленное производство. Лишь повсеместное освоение прогрессивных производственных технологических процессов может поддержать темпы стремительной общественной модернизации и его социально-экономического сознания.
Затрагивая тему развития производства, невозможно не упомянуть о машиностроении, как технологической основе общемировой промышленности. Именно эта отрасль является базисной в экономике не только отдельно взятых стран, но и мировой экономике в целом. От уровня развития машиностроения зависит реализация топливно-энергетического, химико-физического, строительного и других потенциалов человеческой цивилизации. Несмотря на такое масштабное и всеобъемлющее влияние машиностроительной отрасли на жизнь современного общества, само машиностроение базируется на нескольких фундаментальных понятиях такие, как точность, качество, серийность.
324
Одним из наиболее ярко иллюстрирующих примеров к этому может послужить такое простое, на первый взгляд, устройство, как подшипник - основной конструктивный элемент любого вращающегося узла, повсеместно распространенного в любых видах механизмов. Подшипники служат опорами подвижных частей и являются таким особенным компонентом системы, от которого зависит долговечность всего изделия. Надежность подшипниковых узлов, безусловно, зависит от условий эксплуатации, применения современных конструкционных материалов и сплавов, соблюдения трибологических условий работы узла, частоты циклов технического обслуживания и ремонта, но в первую очередь, длительность срока функционирования обусловлена принимаемыми конструкторами техническими решениями на этапе проектирования и, конечно, точностью, обеспечиваемой технологией изготовления каждого конструктивного элемента самого подшипника - колец и тел качения.
Причиной этого факта является особенность взаимодействия элементов между собой, так как даже самые малые отклонения геометрической формы тел качения (например, отклонение от сферической формы шариков, непостоянство единичного диаметра либо бочкообразность роликов) или колец (например, отклонение от круглости, волнистость) [ 1 ] приводят к точечной концентрации напряжений в процессе восприятия силовых факторов от получаемых узлом знакопеременных нагрузок в момент работы. Также одним из источников разрушения поверхности при эксплуатации является неравномерность распределения шероховатостей по телу качения или кольцу.
Основная часть. Основным методом, который направлен на корректировку направления и формы микрорельефа поверхности, выравнивание съема припуска по образующей дорожке качения, является многобрусковое суперфиниширование - вид окончательной обработки дорожек качения колец подшипников, представляющий собой эффективный процесс прецизионного формообразования профиля обрабатываемой поверхности с достижением до 35 квалитета точности с микрорельефом Яа 0.1.. .0.012 мкм.
Вопросы повышения эффективности суперфиниширования - актуальная тематика исследований для производителей подшипников и международного научного сообщества [8-10], работающего в этом направлении, так как найденные решения напрямую способствуют выводу изделий на новый технический уровень, обеспечивающий высокую долговечность. Уже не одно десятилетие ведутся работы над созданием новых технологий суперфинишной обработки элементов подшипников, а также оснащения для их технологической реализации на базе кафедры «Технология машиностроения» СГТУ имени Гагарина Ю.А. [3-7].
На рис. 1 представлена схема суперфинишной головки для обработки наружных поверхностей. Абразивные бруски расположены в брускодержателе вокруг обрабатываемой поверхности и прижаты к ней с определенной силой без возможности отжима. Брускодержатель помещён в корпус с возможностью вращения вокруг наклонной оси, а корпусу придают вращение вокруг горизонтальной оси. При этом ось вращения брускодержателя описывает конус с вершиной в центре симметрии обрабатываемой поверхности.
Рис. 1. Схема обработки внутреннего кольца сферического подшипника: 1 - брусок; 2 - брускодержатель;
3 - заготовка; 4 - область контакта инструмента с заготовкой
На рис. 1 представлена схема формирования выпуклости на дорожке качения внутреннего кольца цилиндрического роликоподшипника в процессе многобрускового супефиниширования. Величина выпуклости обеспечивается в пределах нескольких микрометров, что позволяет роликоподшипнику успешно работать в условиях эксплуатационных перекосов колец.
На рис. 2 представлена схема суперфинишной головки, предназначенной для обработки внутренних поверхностей.
Суть конструкторско-технологического подхода, взятого за основу в рамках данного исследования подробно отражен в работе [2]. Ниже предложены варианты применения описанного подхода для многобрускового суперфиниша колец подшипников качения различных типов, который может поспособствовать удешевлению технологии обработки, облегчению переналадки и расширению модельного ряда возможных серийных образцов инструментальной многобрусковой головки.
Модели (рис. 3-6) процесса формообразования профиля и микрорельефа при помощи многобрусковой суперфинишной головки визуально упрощают восприятие и понимание.
На рис. 3 представлена схема суперфиниширования внутренней сферической поверхности на примере обработки рабочей поверхности наружного кольца сферического подшипника.
Данный вид подшипников широко применяется в тяжелонагруженных подвижных узлах, например, в шарнирных опорах различной строительной, грузовой или военной техники. Конструкция подшипников позволяет воспринимать высокую нагрузку в радиальном и осевом направлениях, а также обладает высокой устойчивостью к ударам и вибрациям. Именно по этой причине крайне важно обеспечить такую траекторию осциллирующего движения
брусков при суперфинишировании, которая позволит осуществить сканирующее передвижение инструментов, захватывающих всю площадь поверхности контакта тел качения с кольцом. Такая задача как раз решена применением универсальной многобрусковой головки за счет ее кинематики движения, при которой обеспечивается вращательное движение брускодержателя вокруг наклонной оси, а также качательное движение брусков по дуговой траектории за счет вращения корпуса вокруг горизонтальной оси.
П г
Рис. 2. Схема обработки наружного кольца сферического подшипника: 1 - брусок; 2 - брускодержатель; 3 - заготовка; 4 - область контакта инструмента с заготовкой
Рис. 3. Модель обработки наружного кольца сферического самоустанавливающегося подшипника: 1 - брусок;
2 - брускодержатель; 3 - заготовка; 4 - область контакта инструмента с заготовкой
На рис. 4 представлена схема суперфинишной обработки предлагаемой суперфинишной головкой дорожек качения наружных колец шарикоподшипников. При обработке желобов колец шариковых подшипников отдельные участки режущей поверхности брусков периодически выходят из контакта с обрабатываемой поверхностью. Это обеспечивает режущей поверхности бруска эффективно очищаться от продуктов резания и сохранять режущую способность на протяжении всего цикла обработки. При этом значительно повышается производительность удаления метала с обрабатываемой поверхности и формообразующие возможности обработки.
Далее приведены примеры суперфинишной обработки наружных поверхностей различной конфигурации.
На рис. 5 представлена схема обработки наружной сферической поверхности. В качестве примера показана обработка внутреннего кольца сферического роликоподшипника с вогнутой образующей роликов.
Сферические подшипники данной конструкции хорошо работают в условиях значительных перекосов колец. Поэтому их широко применяют в системе управления самолетом западные авиакомпании. К сожалению, в России сферические роликоподшипники с вогнутой образующей роликов в авиастроении не применяются и на подшипниковых заводах не производятся. Однако потребность в таких подшипниках существует, так как нам необходимо выпускать авиационную продукцию на уровне лучших мировых образцов.
Рис. 4. Модель обработки наружного кольца шарикового подшипника: 1 - брусок; 2 - брускодержатель; 3 - заготовка; 4 - область контакта инструмента с заготовкой
Рис. 5. Модель обработки внутреннего кольца сферического самоустанавливающегося однорядного роликоподшипника с вогнутой образующей роликов: 1 - брусок; 2 - брускодержатель; 3 - заготовка; 4 - область
контакта инструмента с заготовкой
Рис 6. Модель обработки дорожки качения внутреннего кольца шарикового подшипника: 1 - брусок; 2 - брускодержатель; 3 - заготовка; 4 - область контакта инструмента с заготовкой
На рис. 6 представлена схема обработки дорожки качения внутреннего кольца шарикоподшипника. Повышение производительности обработки обеспечивается за счёт одновременного использования нескольких абразивных брусков, которые работают в условиях незатухающего съёма. Повышение точности обработки в поперечном сечении детали достигается за счёт обеспечения силового и кинематического замыкания в системе инструмент-деталь.
Выводы. На основе проведенного моделирования процесса многобрускового суперфиниширования колец подшипников различных видов можно сформулировать следующие преимущества технологии и предлагаемого устройства:
1. Предложенное техническое решение обладает повышенным уровнем универсальности и может быть использовано для суперфинишной обработки различных по форме поверхностей;
2. Рациональная кинематика перемещения брусков в инструментальной головке обеспечивает требуемый характер взаимодействия инструмента и заготовки, создавая благоприятные условия для отвода из зоны резания стружки и шлама;
3. Воздействие брусков на заготовку осуществляется через жесткие кинематические звенья, которые формируют силовое и кинематическое замыкание брусков друг с другом и с обрабатываемой поверхностью заготовки
4. Возможность стабильного эффективного профилирования обрабатываемой поверхности с повышенной исправляющей способностью, в частности, снижения волнистости обрабатываемой поверхности, уменьшении отклонений от круглости, что позволяет значительно повысить долговечность и надежность эксплуатации изделий.
Список литературы
1. ГОСТ 25256-2013. Подшипники качения. Допуски. Термины и определения: национальный стандарт Российской Федерации : дата введения 2015-01-01 / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. - Изд. официальное. - Москва : Стандартинформ, 2014. - 43 с.
2. Перегородов, А.А. Устройство имитационной суперфинишной обработки колец сферических подшипников / А. А. Перегородов, О. Ю. Давиденко // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2023. - № 9. - С. 543-546.
3. Перегородов, А.А. Конструкции устройств для суперфиниширования колец роликовых подшипников / А. А. Перегородов, О. Ю. Давиденко, М. В. Одайник, П. Н. Резанов // Развитие современной науки и технологий в условиях трансформационных процессов: Сборник материалов III Международной научно-практической конференции, - М, 2022. - С. 79-86.
4. Патент № 2 070 850 B24B 19/06. Устройство для абразивной обработки беговых дорожек колец подшипников / Королев А.В., Рабинович Л.Д., Бржозовский Б.М.; Патентообладатель: Товарищество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие нестандартных изделий машиностроения". - № 93010629/08; заявл. 01.03.1993. опубл. 27.12.1996.
5. Патент № 2770260 B24B 19/06. Способ обработки сферических подшипников в собранном виде и устройство для его осуществления / Давиденко О.Ю., Харченко Ю.О.; Патентообладатель: ФГБОУВО СГТУ имени Гагарина Ю.А. - № 2021120627; заявл. 12.07.2021. опубл. 14.04.2022.
6. Королев, А.В. Кинематические особенности криволинейного суперфиниширования / А.В. Королев, О.Ю. Давиденко, М.К. Решетников // Вестник Саратовского государственного технического университета № 4. Саратов, 2011. - С. 155-160.
7. Давиденко, О. Ю. Имитационная безабразивная обработка рабочих поверхностей колец подшипников / О. Ю. Давиденко, Н. А. Кумакшева, Ю. В. Тарашевская // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2022. № 1(92). С. 58-64.
8. Osama, М. Design and Development of Novel Multipoint Epicyclic Superfinishing Tool / M. Osama, F. Iqbal, D. Ahmad Khan, Z. Alam // Proceedings of the International Conference on Industrial and Manufacturing Systems (CIMS-2020), 25.07.2021. P. 601-620.
9. Pang, G. Surface roughness and roundness of bearing raceway machined by floating abrasive polishing and their effects on bearing's running noise / G. Pang, X. Qi, Q. Ma, X. Zhao, C.Wen, W.Xu, Y. Peng// Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2014. P. 543-550.
10. Neagu-Ventzel, S. A wear model and simulation of superfinishing process: analysis for the superfinishing of bearing rings / Neagu-Ventzel S, Cioc S, Marinescu I. // Wear, 2006. P. 1061-1069.
Перегородов Алексей Аркадьевич, аспирант, peregorodov98@mail. ru, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
Резанов Павел Николаевич, аспирант, [email protected], Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
Перегородова Наталья Александровна, аспирант, [email protected], Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
Олег Юрьевич Давиденко, д-р, техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
DEVICE FOR IMITATION SUPERFINISHING PROCESSING OF SPHERICAL BEARING RINGS A.A. Peregorodov, P.N. Rezanov, N.A. Peregorodova, O.Yu. Davidenko
The work is developing the design of a universal device for superfinishing surfaces, the raceway of rings of various types of bearings with prototype modeling in CAD.
Key words: bearing rings, multi-bar superfinishing, durability, abrasive tools, precision machining.
328
Peregorodov Alexey Arkadievich, postgraduate, peregorodov98@mail. ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Rezanov Pavel Nikolaevich, postgraduate, rezanov. 1998@mail. ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Peregorodova Natalya Alexandrovna, postgraduate, davkina.natalya@inbox. ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Davidenko Oleg Yuryevich, doctor of technical sciences, tmo-e ffekt@yandex. ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
УДК 620.197
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-3-329-330
КОРРОЗИОННО-ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВА Та - Мп
В.В. Поветкин, Л.Н. Макарова, В.В. Макаров
Электролитические сплавы на основе цинка c легирующей добавкой марганца, содержащие в качестве комплексообразователя трилон Б (двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты) представляют особый интерес в машиностроительной области вследствие высоких протекторных свойств. В связи с этим в работе изучена морфология и физико-химические свойства полученных осадков сплава. Разработан состав электролита, режимы электролиза для осаждения плотных, равномерных покрытий сплавом цинк-марганец. Изучено влияние условий электроосаждения на морфологию осадков и физические (химические) свойства покрытий.
Ключевые слова: сплав, коррозия, микротвердость, легирование, покрытия.
Повышение коррозионной стойкости цинковых покрытий в условиях воздействия окружающей среды на изделия и конструкции занимает повышенное внимание. В области машиностроения и приборостроения активно используются цинковые покрытия, сплавы цинка легированные марганцем, никелем, кобальтом и др. металлами, которые позволяют улучшить не только внешний вид покрытий, но коррозионно-защитные свойства и коррозионно-деко-ративные.
Высокие требования к функциональным гальванопокрытиям определяют необходимость совершенствования существующих технологических процессов получения коррозионностойких покрытий сплавами. Наиболее перспективными из комплексных электролитов являются растворы содержащие полидентатные лиганды, образующие с ионами металлов высокоустойчивые комплексные частицы, способствуя повышению дисперсности и улучшению качества получаемых осадков [1].
Целью данной работы является разработка комплексного электролита для электроосаждения цинкового сплава, содержащего в качестве легирующего компонента марганец, а также выбор оптимальных режимов электролиза, изучение морфологии, микроструктуры и некоторых физико-химических свойств полученных осадков сплава.
Задачей является замена токсичных, цианистых электролитов цинкования на более экологичные, комплексные электролиты на основе трилона Б (двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты) [1]. Введение в электролит комплексообразователя способствует возрастанию поляризации катода, обеспечивая депассивацию анодов и уменьшение защелачивания прикатодного слоя, что в целом способствует интенсификации процесса осаждения покрытий [2].
Авторами [1] изучены электрохимические особенности процесса электровосстановления ионов цинка и марганца из трилонатных электролитов при совместном присутствии. В частности показано, как внешний вид покрытий и морфология сплава 7п-Мп зависит от условий электроосаждения.
Осадки сплава получали из трилонатных электролитических растворов, содержащих буферирующие добавки, органические вещества, при различных соотношениях концентраций солей сульфатов цинка и марганца, при различных рН растворов и плотностях катодного тока.
При соотношении концентраций сульфатов цинка и марганца 1: 1 (Смп804= С2п804 =15 г/дм3) и рН растворов от 2 до 6, и плотностях катодного тока от 2 до 6 получались тонкие, не прочно сцепленные с медным катодом, темные сплавы 7п-Мп. Темный цвет сплавов обусловлен наличием в сплаве оксидов марганца (МП3О4, Мп02, МП2О3) [3].
При рН электролитического раствора 5,0 и плотностях тока от 1,0 до 5,0 получались тонкие, буро-черные слабо сцепленные с основой сплавы 7п-Мп, содержащие, по-видимому, МпО (ОН-) [3,4]. Марганец сильно электроотрицательный элемент (Ео = -1,179В) и склонен к окислению, приводящему к образованию оксидов марганца.
Серые, матовые осадки сплавов характерны для значений плотности тока 6,0 А/дм2 и рН = 5,0 (при рН = 6,0, плотностях тока 1,0 - 3,0 А/дм2 аналогичная структура осадков). При увеличении значения рН до 6,0 в диапазоне плотностей тока от 3,5 до 6,0 А/дм2 осаждаются серые осадки, имеющие металлический блеск.
При соотношении МпБ04:7п804 = 0.75:1 (концентрация МпБ04 - 15 г/дм3, концентрация 7пБ04 - 20 г/дм3) в электролитическом растворе с рН = 1,0 и плотностях катодного тока 1,0 - 3,0 А/дм2, также из растворов с рН = 2,0 -6,0 и плотностях тока 1,0 - 6,0 А/дм2 получали серо-черные, крупнозернистые покрытия, которые обладали незначительным присутствием металлического блеска.
Увеличение содержания в электролите соли цинка до 20 г/дм3, при рН раствора 1,0 -6,0 и плотностях катодного тока 1,0 - 6,0 А/дм2 привело к тому, что образцы получались серые, матовые и рыхлые по текстуре. Только из раствора с рН = 5,0 и плотности катодного тока 6,0 А/дм2 получались серые полублестящие покрытия. Дальнейшее увеличение содержания соли марганца до 25 г/дм3, с рН = 1,0 и плотностях тока 1,0 - 5,0 А/дм2, а также с рН от 2,0 до 6,0 и плотности тока 1,0 - 6,0 А/дм2 получались серые матовые покрытия. Из раствора с рН = 1,0 при плотности тока 6,0 А/дм2 получались серые, плотные, полублестящие покрытия.
329
