Материал: Разработка конструкции специального инструмента

Разработка конструкции специального инструмента

ВВЕДЕНИЕ

Обеспечение гибкости и рентабельности машиностроительного производства в условиях современного рынка может быть обеспечена только при условии автоматизированной конструкторской и технологической подготовки производства, направленной на конкретные задачи и цели, с ориентированием на доступное оборудование именно конкретного предприятия.

Заводами по производству подшипников качения производится большой спектр продукции для автомобильной промышленности, сельского хозяйства, железнодорожной промышленности, а также подшипники специализированного назначения. Подшипники должны обеспечивать вращение валов и осей без перерывов в штатных и экстремальных нагрузках. Качество подшипников очень важно для обеспечения работы подшипника в установленный срок службы без отказов. Производитель обязан обеспечить заданное заказчиком качество продукции и провести все необходимые проверки и исследования предотвращена выхода брака на рынок.

В частности, для обеспечения качества подшипников используется метод электромагнитного контроля подшипников на ожоги. Сущность электромагнитной проверки материала на целостность, и в частности подшипников на ожоги, заключается в исследовании продукции методом вихревых токов.

Принцип этого метода основан на проявлении вихревых токов на контролируемых изделиях с последующим анализом выходного сигнала, подаваемого вихретоковым преобразователем, основан на корреляционных связях между электрическими характеристиками металлов и сплавов и их химическим составом или структурным состоянием. Поэтому, на основании измерений удельной электрической проводимости, возможно контролировать структуру, однородность химического состава, механические свойства материала и т. п. Этот метод контроля является высокотехнологичным и производительным.

Осуществляется при помощи специального оборудования- вихревыми структуроскопами. Метод является одним из способов неразрушающего контроля изделий машиностроительных предприятий [1].

Преимущества:

-       большая информативность, возможность преобразования электрического сигнала датчика в любой другой;

-       возможность автоматизации контроля.

Контроль подшипников на ожоги является одним из возможных вариантов пассивного контроля технологического процесса изготовления подшипников качения.

Возможность контроля микродефектов подшипников методом вихревых токов позволяет использовать подшипники для ответственных машин путем выборки из партии подшипников обычного качества. И кроме этого контроль подшипников повышает конкурентоспособность и рентабельность предприятия вследствие уменьшения брака, попавшего на рынок.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1 Назначение и классификация подшипников

Подшипник - узел, поддерживающий вращение детали типа «вал» или «ось», предназначен для фиксирования положения детали в пространстве и восприятия нагрузок от подвижного узла. Принцип действия подшипника основам на уменьшении трения между подвижными деталями машин.

Подшипники разделяются по природе силы трения и воспринимаемой нагрузке.

По виду силы трения, используемой при работе подшипника различают подшипники скольжения, у которых вал или ось скользит по поверхности подшипника своей опорной поверхностью и подшипники качения, у которых трение скольжением заменено трением качения при помощи использования тел качения между двумя кольцами подшипника [2].

По воспринимаемой нагрузке подшипники подразделяются на радиальные - воспринимают только радиальных нагрузок, направленных перпендикулярно оси вала; упорные - воспринимают осевые силы, направленные вдоль оси вала (радиальную нагрузку не воспринимают); упорно - радиальные - для восприятия осевых и небольших радиальных нагрузок, радиально-упорные - для восприятия радиальных и осевых нагрузок.

По форме тел качения подшипники качения разделяют на роликовые (с цилиндрическими, витыми, игольчатыми, сферическими и коническими телами качения) и шариковые [3].

По количеству рядов тел качения подразделяют однорядные, двухрядные и многорядные.

По возможности устранения перекосов подшипники делят на самоустанавливающиеся (позволяют нивелировать перекос до 3°) и несамоустанавливающиеся. Различают подшипники с цилиндрическим или конусным отверстием внутреннего кольца; одинарные или двойные; сдвоенные, строенные.

На рисунках 1.1 и 1.2 представлены виды шариковых и роликовых подшипников.

Рисунок 1.1 - Виды шариковых подшипников

Рисунок 1.2 - Виды роликовых подшипников

Подшипники качения - группа изделий машиностроения, более всего стандартизированных в международном масштабе. Подшипники качения (рисунок 1.3) состоят из наружного и внутреннего колец, на которых расположены дорожки качения, между которыми расположены тела качения в виде роликов или шариков, скреплённые между собой сепаратором. В некоторых типах подшипников сепаратор может отсутствие. Такие модели подшипников более грузоподъёмные и имеют большое количество тел качения [4].

Рисунок 1.3 - Подшипник качения

Подшипники качения обладают следующими преимуществами относительно подшипников скольжения:

-    большее КПД;

-       унификация;

-       меньше пусковой момент;

-       экономия смазки;

-       высокий уровень стандартизации;

-       небольшая ширина;

-       экономия дорогих антифрикционных материалов и цветных металлов, меньшее требование к материалам и термической обработке валов.

Недостатки подшипников качения:

-    высокая стоимость уникальных подшипников;

-       чувствительность к ударам и вибрациям вследствие большой жесткости конструкции;

-       высокие габариты (особенно радиальные) и вес;

-       высокие требования к оптимизации выбора типоразмера;

-       шум при работе с высокой частотой вращения;

-       ограничение срока службы, особенно при больших скоростях и нагрузках.

Материалом для изготовления подшипников являются шарикоподшипниковые высокоуглеродистые хромистые стали ШХ15 и ШХ15СГ, могут применятся цементируемые легированные стали 18ХГТ и 20Х2Н4А. Твёрдость для колец и роликов обычно варьируется на уровне HRC 60...65, а у шариков - HRC 62... 66, так как площадка контактного шарика с поверхностью дорожки качения меньше, чем у ролика. Для изготовления сепараторов применяют мягкие углеродистые стали либо антифрикционные бронзы. В настоящие время широко используются сепараторы из пластмасс, дюралюминия, металлокерамики и текстолита. Для смазывания подшипников качения применяют жидкие и пластичные смазывающие материалы.

Производство подшипников качения носит массовый характер и осуществляется с жестким контролем качества. При правильных рабочих условиях подшипники могут непрерывно эксплуатироваться в течение многих лет. Срок службы подшипников качения также зависит соблюдения технологии производства, условий хранения и монтажа.

Основной причиной отказа подшипников является их усталостное выкашивание, пластические деформации или выкрашивание абразивом. Степень влияния изнашивания абразивом можно нивелировать применением уплотнителей и более качественной фильтрацией масла.

Основной причиной разрушения сепараторов является действие центробежных сил. Разрушение тел качения и колец подшипника зачастую происходит из-за работы при перекосах или сильном ударе [5].

В настоящие время качество подшипников качения возросло. Причинами этого стали повышение качества исходного сырья, применении нового инструмента и оснастки, совершенствование технологий изготовления, были созданы новые методы контроля как входного сырья, так и готовой продукции.

Прогресс в технологии изготовления и контроля позволил автоматизировать контрольно-сортировочные операции. В следствии повышения качества поверхности дрожек качения и улучшении геометрии тел качения повысился период службы подшипников.

Так же увеличивается модельный ряд и типоразмеры подшипников путем создания новых и усовершенствованием старых моделей подшипников качения, при помощи применения новых материалов, в том числе неметаллов.

Таким образом применение новых станков, автоматизации производства, повышение качества сырья, применение новых методов контроля и измерений влечёт за собой увеличение темпов выпуска продукции и повышение прибыльности производства.

заготовка деталь подшипник долбежный

1.2 Анализ существующих технологических процессов изготовления подшипников

Все предприятия машиностроительного производства различаются организационным типом производства: от единичного до массового. Разделение зависит от производимой продукции, оборудованию и технологии изготовления.

Различные машиностроительные предприятия значительно отличаются друг от друга по характеру создаваемой продукции, применяемому оборудованию, и технологическим процессам. В зависимости от этих факторов предприятия подразделяются на несколько организационных типов производства.

Для единичного производства характерно применение универсальных станков и универсальной технологической оснастки, применяется инструментов из каталогов, часто применяются станки с ЧПУ; разработанный технологический процесс осуществляется по маршрутным картам, так как на станках работает высококвалифицированный персонал. Номенклатура выпускаемых изделий обширна, но их годовая программа незначительна; персонал высококвалифицированный; присутствуют в большей степени ручные доводочные операции; сборка изделий осуществляется вручную; трудоемкость изготовляемых изделий и их материалоемкость велика; длительный срок изготовления из-за применения низко производительных универсальных станков и применении ручного туда.

Для серийного производства характерно изготовление продукции небольшой номенклатуры. Можно выделить три группы: мелкая серия, средняя серия и крупная серия. Главной чертой серийного производства является организация рабочих мест для совершения однотипных технологических операций. Так же, как и в единичном производстве, применяются универсальные станки и универсальная технологическая оснастка, но также используются специальные станки и широкое распространение получили станки с ЧПУ и станки типа обрабатывающие центры.

Для массового производства характерно изготовление однородной продукции одной номенклатуры в течении продолжительного срока, высокой степенью не только механизации, но и высоким уровнем автоматизации. Высокое распространение получили специализированные станки, станки-автоматы и автоматические линии. Главной чертой массового производства является унификации и стандартизация производимых изделий.

В массовом производстве рабочие места узко специализированы, направленны на выполнение одной технологической операции. Рабочая сила невысокой квалификации. Высокий уровень загрузки оборудования, высокая производительность труда.

Технологический процесс производства подшипника состоит из:

-  получение колец;

-       изготовление тел качения;

-       производство сепараторов;

-       сборочные операции;

-       контроль.

Сборочные операции по сборке подшипников качения автоматизированы.

Последовательность сборки подшипника:

-  тела качения располагают на дорожке качения наружного кольца в таком количестве, чтобы можно было произвести установку внутреннего кольца без повреждений подшипника;

-       устанавливается внутреннее кольцо подшипника, которое центрируется благодаря опоре на точки контакта тел качения с дорожкой качения;

-       тела качения распределяются по окружности равномерно посредствам разгонки и фиксируются при помощи змеевидного полусепоратора;

-       производится соединения двух полусепараторов путем точечной сварки.

1.3 Дефекты подшипников

В большинстве случаев причину отказа подшипника можно установить при помощи внешнего осмотра или путем замера зазоров.

Изнашивание рабочих поверхностей - самый распространённый дефект подшипников качения. Мелкая пыль, стружка, песок, частицы абразива и т.д. соединяясь со смазочным маслом вызывает абразивное изнашивание материала подшипника и уменьшение срока его службы. Зазоры и вибрации подшипника увеличиваются. Сопровождается утратой рабочими поверхностями характерного блеска.

При предотвращении попадания разного рода загрязнений в корпус подшипника качения величины допускаемых зазоров и вибраций не увеличиваются даже при более длительном сроке службы, указанным производителем, что свидетельствует о отсутствии абразивного износа подшипника.

Основными причинами попадания загрязнений в подшипник качения могут быть: неточности сборки и установки, низкая культура производства, нарушение технологии хранения масла и низкое его качество, неправильное обслуживание.

Износ роликовых подшипников сопровождается появлением выступа на теле качения, а также износом борта.

Коррозия так же увеличивает абразивный износ. Продукты коррозии, которые соединяются с маслом, вызывают износ рабочих поверхностей. По этой причине подшипники со следами коррозии даже на нерабочих поверхностях отбраковываются.

Величины допустимых зазоров подшипников определяются ГОСТами, нормативными актами и практикой пользования.

Усталостное выкрашивание материала дорожек качения подшипников возникает вследствие усталости металла от многократных нагружений от тел качения на дорожки качения подшипника. Величина выкрашивания зависит от времени работы подшипника после возникновения очага усталости в виде трещин. Интенсивность выкрашивания зависит от удельной нагрузки на дорожки качения и тела качения, частоты вращения и вибраций. Подшипники, подверженные усталостному износу к работе не допускаются.

Причинами усталостного выкрашивания могут стать: усталость металла после отработки рассчитанного срока работы подшипника; увеличение нагрузок вследствие погрешностей монтажа; плохое качество подшипника.

Усталостное выкрашивание после рассчитанного срока службы закладывается в расчеты при проектировании подшипниковых узлов и разработке расписания плановых ремонтных работ по замене подшипников в узлах машин.

Монтаж может привести к повышению нагрузок, действующих на кольца и тела качения подшипников, что может привести к увеличению износа.

Так же при монтаже подшипников могут быть повреждены рабочие поверхности подшипника, что приводит к снижению работоспособности.

Перекос, несосонсоть вала и посадочного места подшипника могут стать причинами выкрашивания роликовых подшипников качения и перекоса их колец

Причинами уменьшения срока службы подшипника могут стать такие факторы при изготовлении:

-      нарушение режима термообработки, приводящие к изменению твердости колец подшипника, устанавливается замерами твердости и проверкой в лаборатории структуры металла;

-       шлифовочный ожог - местный отпуск (понижение твердости) в результате кратковременного резкого повышения температуры при шлифовке, выявляется в лаборатории травлением в 3-6%-ном водном растворе азотной кислоты;