橡膠軸承加工方法及應用

蔣南平

(江蘇鎮江五峰山船廠，江蘇 鎮江 212133)

橡膠在－50～150℃溫度范圍內具有良好的彈性、柔順性、易變性、復原性和耐泥沙性等特點，因而橡膠軸承成為國內在役船舶中普遍使用的艉軸軸承之一。但是橡膠易老化、易腐蝕變質，使得船舶修理周期縮短。

某型艦船在進行中級修理時，艉軸修理是修理過程中的關鍵步驟。其中更換軸承橡膠條，更是關鍵過程中必須進行的一道重要修理工序。軸承的切削加工是軸承修復后，艦船使用情況的關鍵因素。在選用了滿足要求的金屬橡膠條后，制定有效的加工工藝顯得尤為重要。

1 加工現狀及要求

橡膠軸承由軸承襯套內加裝金屬橡膠條組成。橡膠內部夾有規定尺寸金屬條，此金屬橡膠條在船舶修理時定制。橡膠軸承加工結構圖如圖1所示，圖中尺寸為mm。

橡膠軸承是滑動軸承，工作時橡膠軸承以水作潤滑劑，支撐相對旋轉的艉軸。船舶螺旋槳在不規則水流沖擊下，艉軸會產生振動，而橡膠軸承起到了承受載荷和緩沖沖擊振動的作用，對船舶的平穩航行起到至關重要的作用，因此也要求橡膠軸承加工后的表面粗糙度達到Ra1.6。

軸承與艉軸間的裝配間隙:1.5 mm，橡膠軸承內徑:Φ343 mm，最大回轉直徑:570 mm，長1645 mm。橡膠的材質:橡膠217。

根據零件尺寸，我廠適用于加工的機床型號為:C63125。機床最大回轉直徑 1200 mm，加工長8000 mm(可進行16000 mm艉軸校調)，最大轉速200 r/min。

圖1 橡膠軸承加工結構圖

2 加工中的問題

2.1 橡膠加工特點

(1)由于橡膠的彈性模量小，彈性恢復快，在切削中極易變形，很難控制橡膠的尺寸和形狀精度，特別是在小余量時，刀具很難切下切屑。

(2)橡膠的硬度和強度很低，要求刀具的楔角小，刃口鋒利，切削時以切割為主。當刃口的圓角增大時，就很難進行切削。一般選擇刀具的前角為45°～55°，后角為10°～15°，楔角為20°～30°。刀尖部分要磨出大于進給量的修光刃或圓弧，否則切屑容易粘在已加工的表面上，影響切削質量，因此打磨刀具的角度對工人技術水平的要求很高。

(3)橡膠的導熱系數低，約為一般鋼材的1/350，其硬度和強度也很低，因此切削時產生的熱量少。但是切削橡膠的刀具楔角很小，散熱條件差，加之它的彈性恢復大且快，使得刀具和工件的摩擦加劇，刀具很容易變鈍。一般要求選用刀具的材料導熱性好，又能打磨出鋒利的刃口，如高速鋼、YG6X、YG8等牌號的硬質合金。

(4)橡膠在連續切削時，切屑成帶狀，不斷屑。要求通過改變刀具的幾何角度，來控制切屑流向，避免切屑纏繞在工件或刀具上，影響工作的順利進行。

(5)切削橡膠時，一般不用切削液。若必要時，只能采用水溶液。禁止用油類作為切削液，以防止橡膠的變質和變形。

2.2 工件及機床特點

(1)由于工件過長，四爪卡盤配裝中心架后，機床運行時零件仍產生較大的離心力，使機床不能高速運轉。

(2)加工精度與機床轉速成正比，同時加工精度還與材質有關。橡膠在進行低速加工的情況下，有成塊被啃落現象。相比金屬加工所需要的轉速要高得多，但機床轉速不宜選擇太高，以防止切削溫度超過150℃時，使橡膠軟化。

(3)用高速鋼刀具進行橡膠軸承內孔切削時，隨著刀具軸向進給加大，刀具切削力的作用使橡膠讓刀明顯。

(4)切削熱的作用使橡膠產生熱膨脹，而一般中小型企業受限于技術和儀器配備等因素，很難對當時加工批次的橡膠的熱膨脹系數進行測定，這導致橡膠軸承加工冷卻后，直徑尺寸超差，長度方向尺寸形成錐度，通過調整刀具進給量仍很難保證加工精度。

(5)車削時，刀排過長，隨著深度加大，加工過程中尺寸變化更難于發現和測量。刀排振動隨內孔加工深度增加而加大，零件加工后尺寸不易控制。

分析結果:僅對零件進行車削加工，零件的加工表面毛糙，尺寸精度不能保證。

3 工藝方案設計

針對上述問題，制定工藝時增加一道磨削工序，可彌補車削的不足。對上述軸承的加工，至少選擇大型號深孔內圓磨，而考慮到船舶修理行業的機床配置特點，一般工廠都沒有滿足加工工件所需的深孔內圓磨床，通常可以有以下兩種方法解決:

(1)購置新機床，僅解決一道工序加工問題;同時購置深孔磨床，向機床制造廠家訂購，需要很長一段時間，將會影響加工的周期;需花費相當可觀的費用支出。

(2)利用現有設備，增加工裝解決磨削問題，既解決了加工周期的影響，又能節約開支。

因此，改裝設備比購置新設備更經濟。既可跟蹤質量進度，又能以此編定出工藝規程，規范加工，為以后工作帶來方便。

比較兩種加工方法的特點后，確定了在車床大拖板上加裝簡易動力頭來解決磨削問題的方法，即工件在同一臺機床上完成車削和磨削兩道工序。

4 磨削橡膠特點

(1)橡膠的彈性大，導熱性差，磨削時磨屑容易堵塞砂輪，使砂輪失去磨削能力，從而造成工件表面的不平整等缺陷。同時磨削中產生切削熱，使得橡膠氣味彌散，污染了空氣。干磨時，產生的磨屑飛揚;濕磨時，橡膠吸油后會膨脹變形，因此不能使用含有油的乳化液。

(2)砂輪的選擇，這是影響磨削質量的重要因素。根據橡膠的磨削特點，為了防止磨屑堵塞砂輪空隙，應選用中等粒度陶瓷結合劑的大氣孔砂輪，日常生產中一般用(60～70)目的中軟硬度砂輪。

5 主要加工工藝及說明

5.1 設備

型號:C63125。

動力頭:4 kW高速電機(轉速為2880 r/min)和一級皮帶輪加速，速比1.375。

5.2 工具

高速鋼刀具、加長刀排(滿足900 mm，粗、精加工時工件需調頭，以軸承外圓為基準校調)。

碳化硅砂輪:(60～80)目。

5.3 粗加工車削

機床主軸轉速:70～80 r/min。

切削角:主偏角加工，以減少切削阻力，降低刀排振動。

預留磨削余量:3～4 mm。

5.4 精加工磨削

機床主軸轉速:60～70 r/min。

動力頭主軸前端裝大皮帶輪動力頭主軸轉速:2880 r/min，小皮帶輪聯接刀排(加裝聯軸節固定做刀排的支撐)，砂輪轉速約4000 r/min，動力頭主軸與機床主軸平行，轉向與機床主軸轉向相反。

5.5 排屑

連接空氣壓縮機，把加工件內孔的橡膠粉末吹出，降低加工空間內的溫度。有條件時，增加車間的排風設施。

5.6 選擇參數理由

依據《機械加工工藝手冊》對橡膠加工的要求作為參考，車床的主軸轉速為60～70 r/min、磨削轉速為4000 r/min;選擇旋轉工件與轉動磨頭磨削速度匹配，并經多次調試，要求磨下的橡膠呈粉狀，砂輪不爆裂，最終得出達到滿足零件表面加工精度的要求而定的。

施工時利用了現有設備，以最小的投入制作工裝，同時還可通過皮帶輪大小，調整速比，以選擇合適的砂輪轉速，也可直接購置所需轉速的電機。

砂輪用過棕剛玉等種類，調試結果以碳化硅砂輪最好。砂輪目數過大，效率低;砂輪目數過小，橡膠粉塵在砂輪表面不易脫落。砂輪目數的選擇取決于橡膠性能。

經檢驗，在加裝工裝后的機床上加工的橡膠軸承尺寸滿足要求，粗糙度達Ra1.6。

6 工藝的效用分析

6.1 工藝可靠性

粗加工時，加工尺寸比較難控制。但精加工時，砂輪相對金屬刀具導熱性差得多，有效地減小了熱膨脹因素的作用。經過多次砂輪加工比較，控制好砂輪目數所加工出的軸承，均能滿足要求。經修理后的艦船試航狀態良好，交付使用至今無問題反饋。

6.2 工藝實用性

車床上實現鏜削內孔，磨削內孔，減少了加工零件的裝夾、校調次數，大大提高了工效，便于生產組織管理及質量跟蹤。此工藝方法易于在多種較大尺寸軸套類零件的加工上推廣使用。

6.3 工藝經濟性

僅在初次使用時，增加動力頭的開支和參數選擇確定時的調試費用，工作效率較高。

7 工藝方法的應用

(1)鑒于上述工藝的成功使用，將工藝中使用動力頭的方法，推廣到艉軸外圓拋光。在動力頭主軸上直接加裝千葉輪，采用橡膠軸承磨削時機床運行參數，動力頭轉速為2880 r/min，對軸類零件外圓拋光處理。千葉片目數形成的磨削量見表1。

表1 軸套類零件末道工序加工選擇參照表

以上工藝，完全取代了鉗工手工打磨拋光，質量大大高于手工操作，粗糙度達Ra0.8。

(2)對舵桿、中間軸、聯軸節等軸類零件的修理或制作加工最后一道工序，均可采用拋光方法降低粗糙度值。

(3)上述加工工藝，還可用于高速艇艉軸橡膠軸承等加工，對有V尺寸橡膠零件，僅需將刀排在裝夾時，按靠模調整到所需角度。但對直徑較小，而且長度小于500 mm以下的橡膠軸承，只需在車床上車削即可達到加工要求。可根據零件直徑和長度確定車床型號，車床轉速為200～300 r/min。