Разработка технологического процесса производства внутреннего кольца подшипника

29

1. Служебное назначение и общая характеристика объектов производства

Радиальные бессепараторные роликоподшипники с короткими цилиндрическими роликами неразъемной конструкции применяют в опорах с повышенной радиальной нагрузкой, т.е. там, где подшипники с сепараторами, имеющие меньшее число роликов, недостаточно грузоподъемны.

Подшипники с цилиндрическими роликами очень чувствительны к перекосам внутренних колец относительно наружных, т.к. при этом возникает концентрация напряжений у краев ролика. Для снижения этих напряжений подшипник имеет выпуклые (бомбинированные) ролики. Внутреннее кольцо изготавливают из стали ШХ15 ГОСТ 801-78, подвергаемой термообработке до твердости 62…66 HRCЭ.

Внутреннее кольцо имеет дорожку качения, а также опорные бортики, что обеспечивает жесткость подшипника в направлении качения роликов, а также служит в качестве обоймы для тел качения, что препятствует разрушению подшипника в процессе работы.

Рис. 1. Установка подшипника в изделии

2. Конструкторский контроль чертежа детали и анализ технических условий

Чертеж детали содержит все необходимые сведения, дающие полное представление о детали. Дана одна проекция, которая четко объясняет конфигурацию детали, кроме конфигурации галтели, которая изображена увеличено на виде А. На чертеже указаны все размеры с необходимыми отклонениями, требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей, допускаемые отклонения от геометрических форм, а также взаимного расположения поверхностей.

Кольцо внутреннее шарикоподшипника изготавливается из стали ШХ15 ГОСТ 800-78, в обозначении ее марки: буква Ш – обозначение подшипниковой стали, Х – легированной хромом с его содержанием 1,5 %.

Данный состав стали обеспечивает ее прокаливаемость по всему сечению кольца до твердости 62…66 HRCЭ. Такая твердость необходима для работы детали при заложенных конструктором режимах частоты вращения и нагрузки, а также ее службы в пределах установленной долговечности. Кольцо изготавливается из холоднокатаной трубы диаметром 40,1 мм.

Шероховатость поверхности Ra назначается в соответствии с квалитетом точности размера: чем точнее поверхность (меньше квалитет), тем выше шероховатость (меньше значение Ra).

Пункт «острые кромки притупить до 0,3 мм максимально» и «на сопряжениях дорожки качения с кольцевыми выточками не должно быть острых ребер» ограничивает величину заусенцев.

Пункт «размерность размеров ширин бортов не более 0,2 мм» необходим для совмещения торцов наружного и внутреннего колец подшипника.

Допуск соосности дорожки качения роликов относительно посадочной поверхности Ø25-0,01 задается, чтобы ограничить перекос колец подшипников.

Допуск перпендикулярности базового торца кольца задается, чтобы обеспечить установку подшипника в корпус сборочной единицы и уменьшить перекос колец.

3. Оценка степени подготовленности изделия к автоматизированному производству

Если изделие предназначено для автоматизированного производства, то к конструкции предъявляются особые требования. Конструкция должна соответствовать такому качеству отдельных его составляющих и изделия в целом, при котором обеспечивается возможность автоматизации его изготовления с наименьшими трудозатратами на всех стадиях производства.

В основу способа оценки степени подготовленности конструкции изделия к автоматизированному производству положен принцип поэлементного анализа конструкции изделия, его деталей, сборочных единиц, материалов с точки зрения возможности и технической целесообразности автоматической ориентации деталей в пространстве и во времени, автоматической подачи их в рабочие органы станка, автоматического базирования в рабочей позиции, автоматического съема, послеоперационного транспортирования.

Параметрами оценки являются основные свойства детали: конфигурация детали, физико-механические свойства материала, сцепляемость, абсолютные размеры и их соотношение, показатели симметрии, специфические свойства и т.п.

Все свойства конкретной детали взаимозависимы, находятся во взаимосвязи и в совокупности определяют ее качественную характеристику. Для анализа технологичности деталей, сборочных единиц или изделия в целом характерные свойства дифференцированы на семь ступеней. Каждая ступень качественно характеризует определенную совокупность свойств. Для удобства пользования каждому разряду признаков внутри ступени соответствует кодовое числовое обозначение. При наличии данного признака у детали ей присваивается определенный код.

Ступень 1. Деталь не требует ориентации в пространстве при автоматизации техпроцесса – код 0000000.

Ступень 2. Несцепляемые детали – код 500000.

Ступень 3. Характеризует свойства формы детали. – код 20000.

Ступень 4. Круглые, прямые детали – код 2000.

Ступень 5. Определяет свойства симметрии деталей. Одна ось вращения – код 200.

Ступень 6. Характеризует наружную форму детали, за основу дифференцирования признаков принято наличие и форма центрального отверстия, код 200.

Ступень 7. Характеризует дополнительные признаки элементов конструкции деталей, влияющих на сложность автоматизации техпроцесса, код 0.

Получаемый код 0022220.

Сумма баллов В = 13.

Деталь относится к средней сложности. Требуется отработка системы ориентации и загрузки детали в рабочие органы. Целесообразна экспериментальная проверка.

4. Обоснование вида заготовки

Кольцо подшипника качения является наиболее металлоемкой и трудоемкой деталью в подшипниковом производстве. На долю колец приходится около 70 % металла, перерабатываемого промышленностью, и около 73 % всех трудозатрат.

Так как кольцо подшипника качения должно обладать высоким сопротивлением пластическим деформациям в условиях контактных напряжений, высокой контактной выносливостью и износостойкостью, то для материала заготовки кольца должны быть обязательны эти требования. Им удовлетворяют подшипниковые хромистые стали ШХ15, ШХ15СГ, соответствующие специальным техническим требованиям, предусмотренным в ГОСТ 801-78.

В зависимости от метода изготовления колец, их заготовки изготавливают из металла в виде холоднотянутых и горячекатаных отожженных прутков круглого сечения, горячекатаного неотожженного проката круглого и квадратного сечений, отожженного полосового проката, а также холоднокатаных и горячекатаных обточенных труб.

Также в качестве заготовок для колец используются холоднокатаные трубы без начальной обточки, направляемые сразу на токарную обработку.

Для получения заготовок колец часто применяют операции штамповки на горизонтально ковочных машинах (ГКМ), на молотах или другом штамповочном оборудовании. Это позволяет максимально приблизить форму заготовки к форме готовой детали и добиться снижения себестоимости заготовки за счет удешевления круглого и листового проката по сравнению с точными трубами.

На штамповочных операциях производят горячую ковку колец на молоте под токарную обработку, высадку колец под токарную обработку, высадку или ковку кольцевых поковок для дополнительных операций, в которые входят и операции пластического деформирования. Также для конических колец применяют холодную штамповку.

Для сравнения выбирается вытачивание кольца из точной холоднотянутой трубы диаметром 40 мм из стали ШХ15 ГОСТ 800-78 и штампованная заготовка на ГКМ из прутка круглого профиля той же стали, так как она обеспечивает требуемые физико-механические свойства кольца в процессе эксплуатации.

Вариант 1. Заготовка – труба.

Определим объем заготовки из трубы по формуле:

,                                                                                                                              (1)

где              DЗ – наружный диаметр заготовки;

dЗ – внутренний диаметр заготовки;

l – длина заготовки

.

Рис. 2. Эскиз заготовки из трубы

Массу заготовки из трубы определим по формуле:

,                                                                                                                                            (2)

где              ρ – плотность материала заготовки

МЗ = 22,366·0,00785 = 0,175 кг

Длина отходов при отрезке трубы и потерях на незажимаемый отрезок составляет:

Объем отходов составляет:

Масса отходов составляет:

МО = 1,64·0,00785 = 0,0113 кг

Расход материала на одну деталь составляет:

МЗ.ТР = 0,175 + 0,0113 = 0,1863 кг

Коэффициент использования материала:

Стоимость заготовки из проката составляет:

,                                                                                    (3)

где              СМ – стоимость материала заготовки; СМ = 15 руб. (на заводе-изготовителе);

СОТД – стоимость отходов, руб.; СОТД = 7 руб.

Вариант 2. Заготовка – штамповка, изготовленная на ГКМ методом горячей объемной штамповки из круглого прутка стали ШХ15 ГОСТ 800-78.

Для определения объема штампованной заготовки определим ее габаритные размеры: величина припуска на сторону у штамповки с размерами 50 мм составляет 1 мм.

Определим диаметры и длину штамповки:

DЗ.Н = DД + 2·z                                                                                                                              (4)

dЗ.ВН = dД – 2·z                                                                                                                              (5)

ВЗ = ВД + 2·z,                                                                                                                              (6)

где              DЗ.Н – наружный диаметр штамповки;

dЗ.ВН – внутренний диаметр штамповки;

ВЗ – ширина штамповки;

DД – наружный диаметр детали;

dД – внутренний диаметр детали;

z – величина припуска на сторону

DЗ.Н = 3,93 + 2·0,1              = 4,13 см

dЗ.ВН = 2,5 – 2·0,2 = 2,1 см

ВЗ = 2,4 + 2·0,3 = 2,6 см

Рис. 3. Эскиз заготовки штампованной

Определим объем штампованной заготовки по формуле:

,                                                                                                                (7)

.

Масса штампованной заготовки составляет:

МЗ.ШТ = 25,81·0,007825 = 0,2 кг

Принимая технологические потери при горячей объемной штамповке равными 10 % от массы заготовки, расход материала на одну деталь составляет:

МЗ.ШТ = 0,2 + (0,2·0,1) = 0,22 кг

Коэффициент использования материала:

Стоимость штампованной заготовки составляет:

,                                                        (8)

где              СМ – стоимость материала заготовки; СМ = 25,9 руб. (на заводе-изготовителе);

СШТ.ОП – стоимость штамповочной операции, руб.

Годовой экономический эффект при использовании заготовок из труб составляет:

                                                                                                                (9)

ЭГ = (5,79 – 2,79)·500000 = 1500000 руб.

Сравнение двух вариантов получения заготовки показывает, что применение заготовки из проката значительно выгоднее экономически.

5. Выбор технологических баз

При выборе базовых поверхностей руководствуются принципами постоянства и совмещения баз. Принцип постоянства баз состоит в том, что для выполнения всех операций обработки детали используют одну и ту же базу. Если по характеру обработки детали это невозможно, то необходимо за базу принимать ту поверхность, которая определяется наиболее точными  размерами, относительно наиболее ответственной поверхности детали. Принцип совмещения баз состоит в том, что в качестве технологических базовых поверхностей используются конструкторские и измерительные      базы.

Так как при обработке кольца подшипника нужно производить его переустановку, на черновой и чистовой операциях используются разные базовые поверхности. На чистовых операциях наибольшая точность обработки достигается при использовании на всех операциях одних и тех же базовых поверхностей.