ТЕХНОЛОГИЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ

90
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 10 (19), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТЕХНОЛОГИЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ДЕТАЛЕЙ ТИПА КОЛЕЦ
Королев Альберт Викторович
Доктор техн. наук, профессор кафедры технология машиностроения, г. Саратов
Мазина Анжела Александровна
Аспирант кафедры технология машиностроения, г. Саратов
Яковишин Александр Сергеевич
Аспирант кафедры технология машиностроения, г. Саратов
Мухина Елена Вячеславовна
Аспирант кафедры технология машиностроения, г. Саратов
Нейгебауэр Кристина Сергеевна
Аспирант кафедры технология машиностроения, г. Саратов
Балаев Андрей Федорович
Канд. техн. наук, доцент кафедры технология машиностроения, г. Саратов
Савран Сергей Александрович
Аспирант кафедры технология машиностроения, г. Саратов
Тебякина Диана Сергеевна
Аспирант кафедры технология машиностроения, г. Саратов
АННОТАЦИЯ
Важнейшей задачей прецизионного машиностроения, а именно, подшипникостроения, 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.
ABSTRACT
The most important task of precision mechanical engineering, in particular, podshipnikostroeniya, at the present stage is the
development of more efficient manufacturing processes of parts, to ensure-ing not only to achieve high accuracy at low cost, but
also to preserve the accuracy of the initial readings for the entire life of the product. In this paper the authors consider a method of
stabilization of the geometric parameters of ring parts by repairing the original geometrical shape and the subsequent relaxation
of residual stresses.
Ключевые слова: релаксация остаточных напряжений, стабилизация, кольцевые детали.
Keywords: relaxation of residual stresses, stabilization, ring parts.
В процессе исследования был отработан способ стабили- Поставленная задача решается тем, что в известном спосозации кольцевых деталей, внедряющий в контакт с деталью бе стабилизации кольцевых деталей, внедряющем в контакт
трех вращающихся валков 1 и 2 (см. рис.1), распределен- с деталью трех вращающихся валков, распределенных под
ных под углом 120 градусов и обкатку детали вокруг ее оси углом 120 градусов, и обкатку детали вокруг ее оси, деталь
[1]. Деформацию детали валками устанавливают из правила деформируют валками на величину, определяемую равенсоздания в ней упругих напряжений.
ством:
Под действием упругих напряжений, действующих в

W ⋅ [σ t ] ⋅ D 2 W ⋅ [σ t ] 
процессе ее вращения, можно эффективно удалить
остаточ- u k p  0.23
=
+

E⋅J
E⋅F 
(1)
ные напряжения. Недостатком является то, что исправить 
исходную погрешность формы деталей этот способ не могде D’ - диаметр наружной поверхности заготовки; W
жет.
Задачей настоящего изобретения, проанализированно- - момент сопротивления изгибу; [σ t ] - предел текучести маго в данной статье, служит обеспечивание придачи геоме- териала детали; E - модуль упругости материала детали; J o
трических параметров кольцевых деталей, разъясняющей - осевой момент инерции сечения детали; k p - коэффициент
исправления исходной геометрической формы, и последую- допустимой погрешности
щей релаксации остаточных напряжений.
=
k p 1.4 - 1.7 ; F - площадь сечения детали.
Ожидаемым техническим результатом является повышеСледовательно, если деталь деформируют на величиние качества обработки изделий и расширение технологичену, при которой в ее сечении возникают напряжения, равских возможностей способа.
(
)
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 10 (19), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ные 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,
91
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; осе4
вой 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:

32.18 ⋅ 820 ⋅ 28.12
32.18 ⋅ 820 
мм,
=
u 1.4  0.23
+
=
 0.158
210000
⋅
206.6
210000
⋅
49.5


K M=
1
α
-
1
.
2tg (α / 2)
(2)
При установке заготовки в призме с углом α = 1200 , K M =
0,0945, при установке заготовки на плоскость α = 1800 , K M =
0,159.
Подставляя равенство (2) в выражение (1), найдем предельное значений статической силы, приложенной к заготовке, которая не вызывает остаточной деформации кольца:
P≤
Wσ .
K M D’
равенством:
J
W= 0 ,
Ymax
(3)
(4)
где Jo - осевой момент инерции сечения; Ymax - расстояние от центральной оси до места расположения максимальных напряжений.
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:
где - диаметр по дну рабочей поверхности; r - радиус профиля рабочей поверхности заготовки;
- диаметр
отверстия заготовки.
Осевой момент сечения заготовки найдем с использованием выражения (5):
J0 = J x +
S x2 ,
F
(6)
где F - площадь сечения кольца; Sx - статический момент площади относительно оси OX.
Величины F и Sy найдем из выражений, аналогичных
выражению (5):
92
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 10 (19), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
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]:
u
.
P ⋅ D’3
PD’
α sin α 2sin 2 (0.5α )
α sin α
( +
)+
( +
)
2
16.8 EJ sin (0.5α ) 4
4
α
4 EF sin 2 (0.5α ) 4
4
(9)
Обозначим:
=
Ku 2
1
(α + sin α ) ,
8sin 2 (0.5α )
K=
Ku 2 u1
1.
α
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России Соглашение № 14.574.21.0015 от 17.06.2014
УИС RFMEFI57414X0015.
Тогда выражение (9) примет вид:
=
u
P ⋅ D’3
PD’
K u1 +
Ku 2 .
.8 EJ
2 EF
вой 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.
(10)
1.
2.
где
- предел упругости материала детали, МПа;
=0.094; d - внутренний диаметр детали, мм; W - момент сопротивлению изгибу, мм3, а обкатку детали осуществляют
до устранения остаточных напряжений.
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 многоцикло-
3.
4.
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. Highefficiency 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.