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

20ГЛ. 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ШАРИКОВОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

§3. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК ШАРИКОВ

Внастоящее время известны следующие методы получе­ ния заготовок шариков, идущих как для сборки подшипников, так и в качестве так называемых «свободных» деталей: литье,

ковка, штамповка и прокатка.

Отливка заготовок шариков — один из наиболее рано изоб­ ретенных способов, который был частично заимствован из ору­ жейной технологии [1]. При этом если объем отливаемого ша­ рика не превосходил объема естественно получающейся капли жидкого металла, то в этом случае литьем получали сравни­ тельно удовлетворительную внутреннюю структуру шарика и некоторую равномерность его свойств. Ввиду того что некото­ рые необходимые шарики по своим размерам превышали объем капли жидкого металла, для их получения приходилось пользоваться отливкой в формы. При прежнем уровне литей­ ной техники это вызывало большое рассеивание механических свойств шариков, структура часто была неудовлетворитель­ ной, а сопротивление на разрушение низким. Кроме того, литье в формы представляло собой весьма непроизводительный процесс и не удовлетворяло растущих потребностей промы­ шленности. Большие трудности вызывала также закалка ли­ тых шариков после механической обработки.

В настоящее время изготовление заготовок стальных ша­ риков методом литья вообще не применяется, так как, помимо вышеперечисленных отрицательных факторов, структура, со­ противление разрушению и стойкость таких шариков в процес­ се эксплуатации не отвечают современным требованиям. Взамен этого метода стали применять ковку и штамповку, а впо­ следствии ввиду беспрерывно растущей потребности в шари­ ках — более производительный метод поперечной прокатки.

Заготовки для шариков диаметром свыше 204 мм изготов­ ляются из предварительно нарезанных из прутка штучных мер­ ных заготовок «вгорячую» методом свободной ковки на моло­ тах с последующим отжигом и обточкой полученных поковок на токарном станке. Для получения заготовок для шариков ди­ аметром от 51 до 204 мм используется метод горячей штампов­ ки из предварительно отрезанных от прутка штучных мерных заготовок в специальных штампах на вертикальных прессах или молотах с последующей обрезкой заусенца в обрезном штампе. Заготовки для шариков диаметром до 29 мм изготов­ ляются методом холодной штамповки из Прутков или бунтовой проволоки на горизонтальных шариковысадочных прессах-ав­ томатах. Горячая штамповка на горизонтальных шариковы­

где t — номинальный шаг нарезки; а — угол подъема нарезки, который берется не больше 6°.

Количество отдельных ниток калибра должно быть в пре­ делах 1,5—2. Высота реборд калибра h на участках угла пово­ рота валков ß берется в пределах:

при ß = 0° h — (0,054-0,15)D3; при ß = 360° h — (0,254-0,40) £>3; при ß = 540° h = (0,25^0,45) D3.

Рис. 5. Схема расположения механизмов в специальном автоматизи­ рованном агрегате для горячей прокатки шариков.

уменьшения диаметра соединительной перемычки. Захватыва­ ющая (заборная) часть калибра определяется с учетом объ­ ема металла, идущего на формирование шарика и перемычки.

Заготовки нагреваются под прокатку в индукционном на­ гревателе до температуры 820—920° С.

Обычно весь комплекс работ по поперечной прокатке шари­ ков производится на специальном автоматизированном агре­ гате, имеющем в своем составе следующие последовательно расположенные механизмы (рис. 5): бункер для пруткового металла 1, загрузочное устройство 2, электрический индукци­ онный нагреватель 3, разгрузочную каретку 4, прокатный стан 5, привод 6, а также встроенную в последние годы в поток закалочную ванну 7.

Принцип работы следующий. При помощи электрической кран-балки или мостового крана прутковый металл пачкой

укладывается в бункер, из которого он с помощью загрузочно­ го устройства (ребристого вала, кулачкового механизма и ка­ ретки) в один слой подается на наклонный лоток 8 и затем по­ штучно заталкивается в индукционный нагреватель.

Таблица 8

Технологические параметры, используемые при прокатке шариков

Нагретый до ковочной температуры пруток выталкивается на разгрузочную каретку 4, которая с помощью пневматиче­ ского цилиндра 9 отводится от нагревателя 3. При отводе раз­ грузочной каретки 4 в крайнее положение пруток сбрасывает­ ся на наклонный лоток 10 и, скатившись по нему, попадает в зону действия пневматического толкателя 11, который подает его в стан поперечной прокатки 5. Прокатанные заготовки ша­ риков скатываются по желобу 12 в закалочную ванну 7, от­ куда транспортером 13 подаются в металлический бункер 14.

В настоящее время указанные автоматизированные агрега­ ты поперечной горячей прокатки шариков со встроенными ста­ нами типа ЦКБММ-8 применяются на 1-м Московском и 4-м Куйбышевском подшипниковых заводах.

В табл. 8 приведены для примера основные технологиче­ ские данные, используемые 1-м Московским подшипниковым

заводом при горячей поперечной прокатке шариков. Следует отметить, что для изготовления шариков указанных диамет­ ров используется прутковый металл длиной от 1,5 до 1,9 м, а диаметр соединительных перемычек между прокатанными ша­ риками составляет 1,5—2,0 мм.

При изготовлении заготовок шариков методом поперечной прокатки нет надобности во вспомогательном времени, кото­ рое при штамповке на горизонтальном шариковысадочном прессе-автомате расходуется на возвратно-поступательные движения центрального и бокового ползунов. Кроме того, по имеющимся данным [3], производительность, например, при из­ готовлении шариков диаметром 45 мм повысилась в 3 раза, экономия по заработной плате составила 10%, а расход метал­ ла снизился на 23%.

Таким образом, при изготовлении заготовок шариков ме­ тодом горячей поперечной прокатки повышается производи­ тельность труда, возрастает точность полученных заготовок и устойчивость процесса работы, хотя этот метод и требует боль­ ших капитальных затрат, больших производственных площа­ дей, мощных двигателей, специальных генераторов и т. д.

В связи с наличием двух параллельных методов для изго­ товления шариков одних и тех же диаметров (27—51 мм), идущих для сборки подшипников, С. П. Байковым, И. М. Сахонько и .С. Г. Желтовым во ВНИИПП [4] были проведены сравнительные испытания в целях выявления надежности этих шариков в процессе эксплуатации подшипников.

На рис. 6 в верхнем ряду изображены протравленные мето­ дом горячего травления штампованные, а в нижнем—прока­ танные окончательно обработанные однотипные шарики. Вид­ но, что на поверхности штампованных шариков волокна метал­ ла выходят, в двух местах: в зоне двух полюсов и в зоне обрезки облоя в виде двойных кольцевых полос. Площадь выхо­ да волокон металла у каждого полюса штампованного шарика примерно равна 7/s площади сечения исходного прутка и для обоих полюсов составляет около 20% всей поверхности шари­ ка (без учета выхода волокон по линии обрезки облоя). Про­ катанные шарики (рис. 6, нижний ряд) имеют выход волокон металла только у перемычек (полюсов), причем эта площадь в 3—4 раза меньше, чем у штампованных (верхний ряд).

Замечено, что структура у штампованных шариков более плотная, чем у прокатанных. Последние имеют рыхлости и микропоры.

Испытания на прочность показали, что средняя разрушаю­ щая нагрузка закаленных шариков, изготовленных методами прокатки и штамповки, практически находится на одном уров-

не. Многочисленные сравнительные испытания закаленных об­ разцов, вырезанных из осевой и периферийной части исходно­ го пруткового металла и полученных шариков, на статическую прочность — сжатие, кручение, растяжение и изгиб — позво­ ляют считать, что механические свойства металла внутренних

Рис. 6. Поверхность штампованных (вверху) и прокатанных (внизу) шариков после горячего травления.

слоев штампованных и прокатанных шариков практически на­ ходятся на одном уровне (рис. 7).

Так как известно, что одним из важнейших показателей ка­ чества подшипника является его долговечность, определяемая усталостной прочностью контактирующихся поверхностей, то дополнительно были проведены сравнительные испытания на контактную выносливость шариков диаметром 34,926 мм 13/в", изготовленных методами штамповки и прокатки [4]. Это было вызвано тем, что результаты стендовых испытаний подшипников зависят от весьма многих факторов и поэтому не дают достоверных данных о качестве одних шариков.

Испытания на контактную выносливость проводились на специальной машине МИД-5, на которой шарик обкатывался между двумя цилиндрическими дисками (из стали ШХ-15, HRC = 62—64 ед.) со скоростью 6000 об/мин., т. е. 720 000 цик­ лов нагружения в час. В качестве смазки использовалось мас­ ло веретенное марки 3. Испытания проводились при нагрузке Р = 1100 кг. Изготовленные для испытаний шарики в количе­ стве, по 50 штук (как из штампованных, так и из прокатанных заготовок) имели шероховатость поверхности 12-го класса, ве­ личину гранности и овальности не выше 1 мкм.

Штампованные шарики испытывались на контактную вы­ носливость по двум направлениям, совпадающим в одном слу­ чае с бывшим ранее облоем («сатурновым кольцом»), а в дру­ гом— с полюсами. По аналогии с этим у прокатанных шари­

ков одно направление контактной дорожки находилось в пло­ скости, перпендикулярной к оси проката, а другое проходило через перемычки (полюса). Выбор для испытаний указанных направлений был вызван тем, что, как показывает опыт экс­

место нарушения сплошности в центре, где напряжения дости­ гают наибольшей величины и распространяются в виде ради­ альных трещин. Исходя из этого, прокатанные шарики не следует использовать для сборки подшипников, предназначен­ ных для работы при высоких контактных напряжениях [4].

Таким образом, из всех рассмотренных методов изготовле­ ния заготовок шариков в настоящее время наиболее благопри­ ятное влияние на их качество и работоспособность при экс­ плуатации оказывает метод штамповки, а для слишком круп­ ных шариков—ковки. Эти методы обеспечивают максимальное уплотнение, структуры и оптимальное расположение волокон металла.