В процессе исследования был отработан способ стабилизации кольцевых деталей, внедряющий в контакт с деталью трех вращающихся валков 1 и 2 (см. рис.1), распределенных под углом 120 градусов и обкатку детали вокруг ее оси [1]. Деформацию детали валками устанавливают из правила создания в ней упругих напряжений.
Под действием упругих напряжений, действующих в процессе ее вращения, можно эффективно удалить остаточные напряжения. Недостатком является то, что исправить исходную погрешность формы деталей этот способ не может.
Задачей настоящего изобретения, проанализированного в данной статье, служит обеспечивание придачи геометрических параметров кольцевых деталей, разъясняющей исправления исходной геометрической формы, и последующей релаксации остаточных напряжений.
Ожидаемым техническим результатом является повышение качества обработки изделий и расширение технологических возможностей способа.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе стабилизации кольцевых деталей, внедряющем в контакт с деталью трех вращающихся валков, распределенных под углом 120 градусов, и обкатку детали вокруг ее оси, деталь деформируют валками на величину, определяемую равенством:
Следовательно, если деталь деформируют на величину, при которой в ее сечении возникают напряжения, равные пределу текучести, то при вращении детали вдоль ее окружности возникает пластическая деформация, которая способствует исправлению погрешностей ее геометрической формы: волнистости, овальности, гранности. После нескольких ее оборотов пластическая деформация переходит в упругую, и, при дальнейшем ее вращении в течение некоторого времени, определяемого экспериментально, осуществляется циклическая упругая деформация детали, что обеспечивает стабилизацию оставшихся напряжений [2, 3]. После снятия нагрузки деталь приобретает правильную форму.
Сущность изобретения поясняется на рис. 1, где изображена схема обработки.
Рис.1. Схема стабилизации кольцевых деталей: 1 — деталь, 2 — три вращающихся валка
Рассмотрим численный пример. Обработке подвергают внутреннее кольцо шарикоподшипника 204; Наружный диаметр D=28.1 мм; диаметр отверстия d=20 мм; высота H=14 мм; радиус желоба rg=4.63 мм; диаметр по дну желоба dd=24.5 мм; площадь поперечного сечения F=49.5 мм; осевой момент инерции сечения кольца J=206.6 мм ; момент сопротивления изгибу W=32.18 мм.
Материалом колец является закаленная сталь ШХ15: модуль упругости E=210000 МПа; предел текучести st=820 МПа.
Деталь подвергаем бесцентровой обработке между тремя валками, расположенными под углом 120 градусов. Валки деформирую деталь в трех точках на величину:
Примем декартовую систему координат (рис.1). Ось OX направим вдоль оси заготовки, ось OY — вдоль оси симметрии ее поперечного сечения. В таком случае центр системы координат расположится в центре симметрии поперечного сечения заготовки. Так как сечение кольца представляет собой соединение двух простых фигур: прямоугольника и сегмента, то из геометрических соображений несложно определить осевой момент сечения заготовки относительно оси OX:
Интегральные выражения в равенствах (5), (7) и (8) можно выразить в явных функциях. Но, на наш взгляд, это не имеет смысла, так как загромождает текст, в то время как современная вычислительная техника легко справляется с решением подобных выражений.
Величину деформации колец определим по формуле И.А. Биргера [4]:
Следовательно, если силу прижима инструмента к детали выбирают из условия возникновения исключительно упругой деформации детали, то при обработке не возникают новые напряжения, не изменятся ее форма и размеры. В результате наличия внутреннего трения за счет многоцикловой обкатки в материале детали накапливается внутренняя энергия, которая концентрируется в зоне остаточных напряжений, вызывает в этой зоне микроскопические пластические сдвиги и релаксацию напряжений без существенного изменения ее формы и размеров. Время, необходимое для полной релаксации напряжений, или необходимое число циклов нагружения определяется аналитически или экспериментально, и зависит от величины остаточных напряжений, степени упругой деформации детали, частоты нагружения и величины внутреннего трения материала детали.
В заключении хочется отметить, что в способе кроме длинномерных деталей, которые под действием валков упруго деформируют вдоль оси, предлагаемым способом возможна обработка коротких кольцевых деталей, так как валки обеспечивают возможность поперечной упругой деформации стенок деталей. Таким образом, обеспечивается повышение качества обработки, и расширяются технологические возможности способа.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России Соглашение № 14.574.21.0015 от 17.06.2014 УИС RFMEFI57414X0015.
Список литературы:
- Патент RU 2278031 С2 В24В 39/04; В23Р 25/00 Способ релаксации остаточных напряжений. Бюл.№9, 27.03.2013.
- Korolev, A.V., Filomonov, E.V., Bolkunov, V.V., Korolev, A.A. Waste-free manufacture of shaped rollers (2009) Russian Engineering Research, 29 (12), pp. 1258-1260.
- Korolev, A.V., Korolev, A.A., Vasin, A.N. High-efficiency automated line for precise cold rolling of bearing rings (2010) Russian Engineering Research, 30 (7), pp. 751-752.
- Биргер, И. А. Остаточные напряжения / И. А. Биргер. М.: Машиностроение, 1963. — 232 с.[schema type=»book» name=»ТЕХНОЛОГИЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРА-МЕТРОВ ДЕТАЛЕЙ ТИПА КОЛЕЦ» description=»Важнейшей задачей прецизионного машиностроения, а именно, подшип-никостроения, на современном этапе служит 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. В статье рассматривается метод стабилизации геометрических параметров кольцевых деталей за счет исправления исходной геометрической формы и последующей релаксации остаточных напряжений.» author=»Королев Альберт Викторович, Мазина Анжела Александровна, Яковишин Александр Сергеевич, Мухина Елена Вячеславовна, Нейгебауэр Кристина Сергеевна, Балаев Андрей Федорович, Савран Сергей Александрович, Тебякина Диана Сергеевна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-25″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_31.10.15_10(19)» ebook=»yes» ]