книги из ГПНТБ / Олендер, Л. А. Технология и оборудование шарикового производства [учеб. пособие]

мы рассмотрим в дополнение к ним только вопросы, непосред­ ственно относящиеся К операциям мягкого и твердого шлифо­ вания, а также к шарикошлифовальному инструменту и обору­ дованию.

Основными причинами несчастных случаев с наладчиками, работающими на операции шлифования шариков, могут быть следующие:

1)несоблюдение правил ношения спецодежды;

2)соприкосновение рабочего с быстровращающимися ча­ стями станка;

3)срыв с планшайбы неправильно закрепленного механи­ ческим путем или плохо приклеенного шлифовального круга;

4)выкрашивание абразивных зерен или разрыв шлифо­ вального круга;

5)срыв с планшайбы неправильно закрепленного чугунно­ го диска;

6)падение стоящих возле станка или неправильно транс­ портируемых к станку шлифовальных кругов или чугунных ди­ сков;

7)несоблюдение существующих правил зарубки «заходов»

чугунных дисков (отсутствие ограждений, очков и т. п.);

8)несоблюдение правил эксплуатации при пользовании подъемно-транспортными механизмами (передача из пролета

впролет, неправильное зачаливание бункеров, неисправность чалок, бункеров и т. п.);

9)несоблюдение правил пользования наждачным точилом при заточке и подгонке сменного инструмента;

10)несоблюдение правил внутреннего распорядка и в пер­ вую очередь в части пожароопасности цеха (курение в неполо­ женных местах, разведение компонентов клея и приклеивание шлифкругов к планшайбам возле станков и т. п.);

И) несоблюдение правил эксплуатации электроустановок и электроаппаратуры.

Как указывалось ранее, в качестве смазочно-охлаждающей жидкости в процессе операции шлифования шариков пока при­ меняется дизельное топливо марки «ДЛ» (ГОСТ 4749—49), которое при отсутствии эффективной вентиляции в цехе может оказывать вредное воздействие на организм человека. Это вредное воздействие усугубляется еще и тем, что в дизельное топливо добавляется присадка синтетических жирных кислот фракции Сі7—Сго, которые также могут оказывать разруша­ ющее действие на некоторые внутренние органы человека (пе­

чень и др.).

В состав дизельного топлива входит керосин, газойль, соля­ ровое масло и другие нефтепродукты, выделяющие пары.

Впроцессе шлифования шариков по мере нагрева станка и смазочно-охлаждающей жидкости интенсивность выделения паров увеличивается, создавая при отсутствии эффективной вентиляционной системы повышенную загазованность в цехе.

Вто же время установлено, что безвредная предельно допу­ стимая концентрация этих паров в воздухе рабочих помещений не более 0,3 мг в 1 л воздуха.

Опыт показывает, что, несмотря на беспрерывно действую­ щую вентиляционную систему, в холодное время года загазо­ ванность в цехе всегда больше, так как в этот период плотно закрываются окна, двери и фрамуги. Поэтому необходимо проветривать рабочие помещения в обеденный перерыв, откры­ вая фрамуги, которые должны иметь механический привод. Более эффективным средством явилась бы вентиляционная си­ стема, которая бы осуществляла индивидуальный отсос паров смазочно-охлаждающей жидкости от каждого станка.

Втом случае, когда дизельное топливо используется для массовой промывки деталей (шариков, колец и т. п.), необхо­ димо так организовать работу, чтобы меньше загрязнялся воз­ дух. Ванны для промывки должны иметь укрытия и местную вытяжку типа бортовых отсосов. Летом промывку лучше всего производить на открытом воздухе.

Следует иметь в виду, что кожа рук от частого и длитель­ ного соприкосновения с дизельным топливом обезжиривается

истановится легко ранимой. Поэтому при промывке детали

нужно погружать в ванны в кассетах, сетчатых корзинах, а для удаления грязи пользоваться щетками, скребками и други­ ми приспособлениями, помогающими меньше соприкасаться руками с дизельным топливом. Наладчики шарикошлифоваль­ ных станков должны пользоваться спецрукавицами.

Перед работой, связанной с дизельным топливом, рекомен­ дуется смазать руки защитной пастой ИЭР-1 или ПМ-1 (одна из них должна быть в цеховой аптечке), после работы тщатель­ но вымыть их, удалить с них всю производственную грязь и слегка втереть в кожу ланолиновый крем, борный вазелин или растительное масло.

В процессе шлифования шариков создается повышенный производственный шум, оказывающий вредное воздействие на организм работающих.

Вообще по спектральному составу шумы делятся на три класса: I—низкочастотные, наибольшие уровни которых рас­ положены в спектре колебаний ниже частоты 360 гц; II—сред­ нечастотные, наибольшие уровни которых расположены ниже частоты 800 гц; III—высокочастотные, наибольшие уровни ко­ торых расположены выше частоты 800 гц.

Соответственно установлены и предельно допустимые уров­ ни громкости шума на производстве: для I класса—90—100 дб,

для II—85—90 дб, для III—75—85 дб.

Для шарикового производства характерен высокочастотный шум, который особенно опасен, если не применять никаких за­ щитных средств. К основным средствам уменьшения производ­ ственных шумов можно отнести следующие:

1) индивидуальные средства защиты (наушники, вклады­ ши, шлемы, шумоизолирующие кабины и т. п.);

2) архитектурно-планировочные решения помещений (об­ лицовка специальными акустическими плитами, установка пе­ регородок, подвесок и т. п.);

3) средства, отражающие источник шума от внешней по от­ ношению к нему среды, т. е. уменьшающие излучение шумов (кожухи, обивки, прокладки, буферные устройства и т. п.).

Однако наиболее эффективное средство—это ликвидация самого источника, производящего повышенный шум. Для ша­ рикового производства таким источником является установив­ шийся способ обработки шариков и используемое для этой-це­ ли оборудование. Поэтому работа по борьбе с шумом в шари­ ковом производстве—это работа по изысканию оптимальных способов обработки и конструкций оборудования.

В результате систематического воздействия на человече­ ский организм вредных условий труда, связанных со специфи­ кой дайной профессии, могут возникнуть профессиональные заболевания. Причинами служат недостаточность производ­ ственных площадей, ненормальная температура, влажность, давление воздуха, недостаточное или нерациональное освеще­ ние, применение вредных или отравляющих веществ, наличие вредных излучений, шума, вибрации, неудовлетворительное со­ стояние бытовых и профилактических помещений и т. д. Для предотвращения профессиональных заболеваний применяются следующие профилактические и защитные мероприятия: улуч­ шение естественного и искусственного освещения, реконструк­ ция отопительных установок, использование различных при­ способлений для защиты от вредных излучений, ремонт венти­ ляции, переоборудование душевых, умывальников, гардеробов, применение специальных светильников, создание в цехах апте­ чек, санпостов и т. д. Не меньшую роль в предупреждении про­ фессиональных заболеваний играет также личная гигиена

и личный режим рабочих.

Применение в производстве шариков нефтепродуктов созда­ ет опасность возникновения пожара, поэтому очень важны ме­ роприятия, устраняющие возможные причины пожара, а в слу­ чае его возникновения ограничивающие распространение, обес­

печивающие успешную эвакуацию людей и имущества и даю­ щие возможность принять действенные меры по его тушению. Пожар может быть вызван неосторожным обращением с огнем (курение в неположенных местах и т. п.), неисправностью ото­ пительных систем и электропроводки, загрязненностью венти­ ляционных установок, нарушением технологического процесса, самовозгоранием промасленных тряпок и обтирочного матери­ ала, возникновением искр и разрядов электрического тока и т. д.

Для тушения пожаров применяется вода в распыленном со­ стоянии или в виде струй и пара, химические вещества в виде жидкостей и пены, сухие порошкообразные составы (двуугле­ кислая сода, песок, толченый кирпич и т. д.), специальные флю­ сы (соли хлористого натрия, кальция и магния), инертные га­ зы, находящиеся под большим давлением в баллонах, и т. д.

Наиболее удобное и эффективное средство для тушения по­ жаров в самом начале их возникновения—ручные пенные и углекисл9тные огнетушители, баки с водой, ящики с песком, а также автоматические (самовключающиеся) средства пожаро­ тушения.

Следует отметить, что важнейшим условием отсутствия на производстве травматизма, профессиональных заболеваний и пожаров является беспрекословное соблюдение правил техники безопасности, промсанитарии и противопожарной безопас­ ности.

Контрольные вопросы

1.Что представляет собой процесс шлифования металлов и каковы особенности операций мягкого и твёрдого шлифования шариков?

2.Рассказать об устройстве шарикошлифовального станка модели МШ-ЗЗМ.

3.Рассказать об устройстве механизма прижима неподвижного чугун­ ного диска.

4.Рассказать об устройстве и изготовлении сменного инструмента.

5.Какой существует технологический процесс изготовления шарико­ шлифовальных кругов?

6.Какие рациональные методы, наладки шарикошлифовальных стан­ ков применяют в производстве?

7.Какие существуют методы крепления шарикошлифовальных кругов,

вчрм их преимущества и недостатки?

8.Рассказать о недостатках и преимуществах применяемых методов правки шарикошлифовальных кругов.

9.Какие основные виды брака и причины их возникновения могут иметь место в процессе операции мягкого шлифования шариков?

10.Какие основные виды брака и причины их возникновения могут иметь место в процессе операции твердого шлифования шариков?

11.Чем могут быть вызваны несчастные случаи при обслуживании ша­ рикошлифовального оборудования?

12.Назовите основные причины возможного возникновения пожаров, основные мероприятия по их предотвращению и средства пожаротушения.

Г л а в а VI. МАТЕРИАЛЫ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ШАРИКОВ

§ 1. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШАРИКОВ

В настоящее время для изготовления шариков приме­ няются самые различные материалы: стали всевозможных марок, пластмассы, твердые сплавы, медь, серебро, ситаллы и т. п.

В зависимости от назначения предъявляемых требований к их качеству и работоспособности шарики изготовляются из следующих марок специальных сталей: ШХ-15, ШХ-15Ш, 55СМА, 55СМ5ФА-Ш + ВД, 9ХС, 9X18, 9Х18Ш, ЭИ-347, ЭИ-229, ЭИ-299, ЭИ-654, Х32Н8, 11Х18М, Х18Н9Т, Х17Н7Ю

и др.

Диапазон материалов, используемых для изготовления ша­ риков, все время расширяется. Однако наиболее широкое при­ менение в подшипниковой промышленности СССР нашла спе­ циальная шарикоподшипниковая сталь марки ШХ-15, поэтому дальнейшее изложение материала будет вестись с точки зре- ‘ния использования для изготовления шариков именно этой стали.

Сталь ШХ-15—хромистая высокоуглеродистая сталь, обла­ дающая после термообработки высокой твердостью (HRC 6266) и износоустойчивостью. Согласно ГОСТу 801—60, она име­ ет следующий химический состав: углерода (С)—0,95—1,05%,

марганца (Мп)—0,2—0,4, кремния (Si)—0,17—0,37, хрома (Сг) —1,3—1,65, никеля (Ni) ^0,3, фосфора (Р) ^0,027, серы

(S)s=:0,02, меди (Си) =^0,25, Ni + Cu^0,5% -

Сталь ШХ-15 имеет температуру плавления 1315° С, сопро­ тивление деформации при температуре плавления оп = =0,84 кг/мм2, температурный коэффициент ß= 6,87 [32].

В настоящее время массовая выплавка шарикоподшипни­ ковых сталей производится в кислых мартеновских и основных электродуговых печах.

218 ГЛ. 6. МАТЕРИАЛЫ И ТЕРМООБРАБОТКА ШАРИКОВ

Мартеновский процесс, который производится в специаль­ ных так называемых «мартеновских» печах (кислых или основ­ ных в зависимости от состава шихты и огнеупорной кладки пе­ чи), предназначен для выплавки стали заданного состава из твердого или жидкого чугуна, стального и чугунного лома с до­ бавками железной руды, окалины, флюсов и ферросплавов. При этом отходит шлак. Процесс сводится к физико-химиче­ скому взаимодействию между металлом, шлаком, газовой сре­ дой и отчасти огнеупорами печи при высоких температурах. Он производится с целью уменьшения до заданной нормы со­ держания в стали углерода, марганца, кремния и возможно бо­ лее полного удаления из нее вредных примесей при наимень­ шем износе печи и затрат горючего.

Выплавка стали в основных электродуговых печах—способ более совершенный, чем мартеновский. Для выплавки стали этим способом применяют трехфазные печи прямого нагрева со стальным кожухом, в которых электродуги образуются ме­ жду опущенными через свод графитовыми или угольными элек­ тродами и загруженной в печь металлической шихтой.

В СССР шарикоподшипниковую сталь ШХ-15 разливают в изложницы квадратного сечения. Вес слитков на различных ме­ таллургических заводах принимается разным—в пределах 0,2—6,0 т. Эти слитки подвергаются многократной прокатке на специальных прокатных станах до получения необходимых профилей, которые после ряда отделочных операций (напри­ мер, волочение, калибровка, шлифование, отжиг) поступают потребителям.

Прокатываются слитки по режиму, обычно применяемому для прокатки углеродистых сталей. Опыты по замеру усилий прокатки слитков весом 3,8 тиз стали ШХ-15 на блюминге за­ вода «Красный Октябрь» показали, что удельные давления при этом практически изменяются в пределах 8,1 —11,0 кг/мм2. Перед прокаткой для предупреждения обезуглероживания сталь нагревается в печи с окислительной атмосферой до тем­ пературы не выше 1220° С.

В работе М. А. Зайкова [33] указано, что температурный ре­ жим прокатки и охлаждения шарикоподшипниковых сталей оказывает решающее воздействие на структуру и качество про­ ката. Чем выше конечная температура прокатки, при прочих равных условиях, тем более грубыми получаются структурные составляющие этой стали. Поэтому температура конца прокат-* ки допускается в пределах 850—900° С, так как ее понижение вызывает появление полосчатой структуры с наличием так на­ зываемых «карбидов».

Следует отметить, что эти карбиды, представляющие собой

легированный цемент (FeCr)3 С, т. е. химическое соединение уг­ лерода с железом и хромом, обеспечивают высокую стойкость рабочих поверхностей подшипников против истирания. Однако это имеет место только в том случае, если они равномерно рас­ пределены в виде мелких круглых включений. Если карбиды находятся в стали в виде обособленных массивных тел (кар­ бидная ликвация), в виде групповых скоплений (карбидная по­ лосчатость) или в виде сетки, окаймляющей зерна металла (карбидная сетка), то они снижают срок службы подшипни­ ков. При выходе на рабочую поверхность детали крупные кар­ биды легко выкрашиваются и создают очаги разрушения дета­ лей подшипников. Чем крупнее карбиды, тем больше возмож­ ность их выкрашивания.

Специфические условия работы подшипников, при которых нагрузку воспринимают отдельные точки поверхностей дета­ лей подшипников, требуют, чтобы каждый шарик и ролик об­ ладали одинаковыми свойствами, т. е. металл должен быть однородным — с одинаковыми характеристиками. Этим объяс­ няются исключительно высокие требования, предъявляемые к готовой шарикоподшипниковой стали на металлургических заводах. В отношении однородности металла и его чистоты эти требования являются наивысшими из предъявляемых к спе­ циальным сталям.

Качество шарикоподшипниковой стали во многом зависит также от правильного проведения процесса отжига, который предопределяет исходную структуру и свойства стали в гото­ вых изделиях. Этот отжиг по существу является подготовитель­ ным для последующей закалки изготовленных из стали изде­ лий, качество которых в первую очередь зависит от ее исход­ ной структуры.

Как показал сравнительный анализ качества подшипнико­ вой стали, проведенный во ВНИИПП [34], применяемая зару­ бежными подшипниковыми заводами наиболее распространен­ ная сталь по своему химическому составу относится к стали типа ШХ-15, хотя несколько отличается от нее по виду излома, прокаливаемости, загрязненности неметаллическими включе­ ниями, вредными примесями и другими факторами.

Анализ полученных данных позволил прийти к заключению о примерном составе подшипниковой стали типа ШХ-15, преду­ смотренном стандартами фирм «СКФ», «РИВ» и «Штейер». Эти данные приведены в табл. 33, в которой для сопоставления указаны также нормы стандартов СССР, США и ФРГ [34].

Из табл. 33 видно, что ГОСТ 801—60 предусматривает со­ держание марганца и хрома в стали марки ШХ-15 меньше, чем стандарты других стран в стали аналогичного типа.

Необходимо отметить, что кажущийся недостаток марганца и*хрома в стали, применяемой в США, компенсирован добав­ кой молибдена (0,08%), который оказывает на свойства стали аналогичное влияние, но в более сильной степени, чем марганец и хром. Основной причиной повышенного содержания марган­ ца и хрома в подшипниковой стали иностранных фирм являет­ ся стремление улучшить ее прокаливаемость.

При этом следует отметить, что ГОСТ 801—60 предъявля­ ет к подшипниковой стали требования по содержанию серы бо­ лее высокие, чем стандарты стран, указанных в табл. 33.

Таблица 33 [34]

Содержание элементов в стали типа ШХ-15

СССР США ФРГ Швеция Италия Австрия

Подшипниковые стали, выплавляемые в США, обладают наиболее однородными свойствами, так как предельные содер­ жания в них углерода, хрома и сопутствующих примесей (мар­ ганец, кремний, сера и фосфор) лежат в очень узком интер­ вале. Сталям США уступают по этому признаку японские, не­ мецкие и особенно английские стали, судя по химическим составам, предусмотренным стандартами этих стран.

В связи с развитием новых отраслей техники к специаль­ ным сталям и сплавам, в том числе и подшипниковым, с каж­ дым днем предъявляются все более высокие требования, осо­ бенно к их механическим свойствам, контактной выносливости, теплоустойчивости, сопротивлению коррозии и т. д. На каче­ ство стали влияет наличие вредных примесей. При этом наи­ большее влияние на снижение долговечности оказывают неме­ таллические включения на основе окиси алюминия АІ2О3, мень­

шее влияние—включения на основе окиси кремния Si02 и наи­ меньшее—включения сульфидного типа. Кроме того, отрица­ тельное влияние оказывают также наличие кислорода, водоро­ да, азота, микропористость, взаимное расположение отдельных видов включений, различие в микроструктуре, наличие остаточ­ ного аустенита и т. д.

Одно из эффективных средств снижения содержания вред­ ных примесей в металле и получения плотной структуры—вы­ плавка или переплав соответствующих металлов и сплавов в вакуумных дуговых или индукционных печах. Наличие пони­ женных давлений (порядка ІО"1—ІО-3 мм рт. ст.) в плавиль­ ном пространстве печи способствует удалению перечисленных выше примесей в газообразном или парообразном состоянии, а также исключает возможность загрязнения переплавленного металла продуктами взаимодействия его компонентов с атмо­ сферными газами.

Вакуумные дуговые и индукционные печи для переплава специальных сталей и сплавов получают все более широкое при­ менение как в Советском Союзе, так и за рубежом (США, ФРГ, Англия). Эффективность применения метода вакуумного переплава для улучшения свойств специальных сталей и спла­ вов в настоящее время не вызывает сомнений.

Сталь, переплавленная в вакууме, по обрабатываемости существенно не отличается от стали, выплавленной по обычной технологии. Однако в связи с более плотной структурой и мень­ шим содержанием вредных примесей при обработке деталей из вакуумной стали требуется более строгий подбор шлифо­ вальных кругов с соответствующими характеристиками, а так­ же оптимальные режимы обработки.

При изготовлении деталей подшипников из вакуумной ста­ ли можно получить шероховатость рабочих поверхностей 13— 14 классов, что труднее достичь при изготовлении деталей из сталей, выплавленных обычным способом. Коррозийная стой­ кость стали марки ШХ-15, переплавленной в вакууме, выше стойкости обычной стали. Чистота стали ШХ-15 по неметалли­ ческим включениям (оксидам, сульфидам, силикатам)—один из главных критериев ее качества.

В США [35] проведены испытания на усталость образцов из подшипниковой стали вакуумного переплава (сталь марки 52100—типа ШХ-15) и обычной выплавки.

Как видно из рис. 79, усталостная прочность при знакопере­ менных нагрузках и напряжении 90 кг/мм2 у вакуумной стали

222 ГЛ. 6. МАТЕРИАЛЫ И ТЕРМООБРАБОТКА ШАРИКОВ

следний плавится за счет энергии дугового разряда в газооб­ разной фазе, в СССР разработан новый бездуговой способ электрошлакового переплава. При этом способе электрод пла­ вится за счет тепла, выделяющегося в расплавленном шлаке, играющем роль сопротивления, при прохождении через него

держания глобулярных включений. В настоящее время прово­ дится работа по их ликвидации.

Для подшипников ответственного назначения и работаю­ щих в тяжелых условиях используются стали двукратного пе­ реплава: электрошлакового плюс вакуумно-дугового или дву­ кратного вакуумно-дугового.

За рубежом особо чистую шарикоподшипниковую сталь вы­ плавляют в вакуумных индукционных и электроннолучевых печах, а также применяют однократный и многократный ваку­ умно-дуговой переплав как обычной, так и специально выплав­ ленной исходной заготовки.

Содержание неметаллических включений в стали ШХ-15 оп­ ределяется в настоящее время металлографическим методом (при увеличении в 100 раз) и оценивается в баллах по эталон­ ной стандартной шкале.

Указанный метод обладает целым рядом недостатков, ос­ новным из которых является невозможность обнаружения мельчайших неметаллических включений, что особенно важно для чистых сталей электрошлакового и вакуумного перепла-