輕、窄系列圓錐滾子軸承套圈磨加工工藝分析

吳麗麗，縣鵬宇

(甘肅海林中科科技股份有限公司，甘肅 天水 741018)

圓錐滾子軸承套圈結(jié)構(gòu)雖然比較簡單，但一般需要經(jīng)過鍛造、車削、熱處理、磨削等數(shù)十道加工工序方可實(shí)現(xiàn)。由于軸承套圈的絕大部分表面需要經(jīng)過磨削加工，尺寸精度、幾何精度才能達(dá)到技術(shù)要求，因此，編制的軸承磨加工工藝既要切實(shí)可行，還要具有一定經(jīng)濟(jì)性，才能達(dá)到提高精度、降低成本的目的。目前國內(nèi)圓錐滾子軸承的加工工藝已基本成熟，但輕、窄系列軸承套圈壁薄、寬度小，徑向和軸向剛性差，抵抗外力的能力差，易產(chǎn)生變形，因此在磨加工階段尺寸精度和幾何精度很難滿足技術(shù)要求，廢品率較高。下文主要針對輕、窄系列軸承套圈磨加工工藝，提出了工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對影響套圈磨加工精度的因素進(jìn)行分析。

1 存在的問題

輕、窄系列軸承套圈加工中較為突出的問題為套圈的變形問題，車削加工的夾持變形，熱處理過程中淬火應(yīng)力變形，磨削加工中因磨削熱、磨削力造成的磨削應(yīng)力變形，都可能會造成零件的尺寸精度、幾何精度無法滿足技術(shù)要求。因此，消除以上變形是輕、窄系列軸承套圈加工工藝需要解決的核心問題。通常情況下，為了降低廢品率，輕、窄系列軸承套圈在車加工階段的加工留量比一般軸承套圈要大，熱處理階段的變形要求較松。因此，在磨加工階段就需要進(jìn)行合理的工藝設(shè)計(jì)和工序安排，最大限度消除熱處理后產(chǎn)生的變形，同時(shí)防止磨削加工中產(chǎn)生的變形。

2 磨加工工藝的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 工藝方案的確定

輕、窄系列軸承套圈要達(dá)到與相同外徑、內(nèi)徑的中寬系列軸承的尺寸精度和幾何精度，僅靠常規(guī)的磨加工工藝無法完成。為實(shí)現(xiàn)精度要求，需增加徑向磨削和平面磨削工序，具體的工藝安排要視軸承套圈加工中的變形程度而定，一般采用變形系數(shù)來衡量。

徑向變形系數(shù)

kxφ=dφ/D，

(1)

kx=S/D，

(2)

(1)式用來判斷軸承的直徑系列，(2)式用來判斷軸承的脹縮量和變形敏感度。

軸向變形系數(shù)

ky=H/D，

(3)

式中：H為套圈高度；D為外徑；dφ為H/3滾道直徑；S為H/3套圈壁厚。

變形系數(shù)越小，套圈在冷、熱加工中越易變形，徑向易圓度超差、產(chǎn)生橢圓；軸向易產(chǎn)生平面翹曲。依據(jù)誤差復(fù)映原理，加工基準(zhǔn)誤差會復(fù)映到被加工面上，可以通過改變切削量和增加基準(zhǔn)面磨削工序來消除誤差。

以L540010輕、窄非標(biāo)英制圓錐滾子軸承外圈加工工藝為例進(jìn)行分析。調(diào)整前工藝流程為：初磨兩端面→初磨外徑面→初磨外滾道→附加回火→終磨兩端面→終磨外徑面→細(xì)磨外滾道→終磨外滾道→超精外滾道→修飾外徑面，在該流程中工藝設(shè)計(jì)人員僅根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)依(2)式計(jì)算了變形系數(shù)，并以此確定了軸承外圈的工藝流程和磨加工留量。通過實(shí)際加工，首次樣品試制時(shí)外圈的合格品率不到30%，廢品率極高，而且在測量過程中發(fā)現(xiàn)軸承外圈在檢測時(shí)受檢測儀器的測點(diǎn)壓力影響會產(chǎn)生輕微變形。分析認(rèn)為，細(xì)磨外滾道過程中由于磨削力的作用，套圈外徑產(chǎn)生變形，破壞了終磨外徑面作為基準(zhǔn)的精度，當(dāng)再次支外徑磨滾道時(shí)，外徑變形會復(fù)映到滾道上，滾道形狀產(chǎn)生誤差。調(diào)整工藝后在細(xì)磨外滾道前增加細(xì)磨外徑面工序，把“終磨外徑面”調(diào)整到“終磨外滾道”前，編制新的工藝流程為：初磨兩端面→初磨外徑面→初磨外滾道→附加回火→終磨兩端面→細(xì)磨外徑面→細(xì)磨外滾道→終磨外徑面→終磨外滾道→超精外滾道→修飾外徑面。在第2次試制前對外圈徑向、軸向變形系數(shù)都進(jìn)行計(jì)算，按照此工藝流程加工后，外圈合格率達(dá)94.5%，取得了良好的效果。另外，對于一些特殊結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，還可根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在上述工藝基礎(chǔ)上增加精研基準(zhǔn)端面工序。

從上述工藝試驗(yàn)可知，輕、窄系列軸承套圈可通過增加磨削工序消除磨加工中的變形，提高產(chǎn)品的合格率，但工序增加，會造成生產(chǎn)周期加長，生產(chǎn)成本增加。因此，加工中要合理選擇工藝參數(shù)，減少磨削熱、切削力、熱應(yīng)力造成的變形，盡量縮短加工周期，以降低成本。

2.2 合理制定初、細(xì)、終磨磨削量

初磨的主要目的是用較粗的砂輪和較大的切削量切除大部分加工余量，增加初磨磨削量，減少細(xì)、終磨磨削量不但可以提高效率，更重要的是可以提高加工精度。若終磨留量過大，產(chǎn)生的磨削熱過多，在磨削力的作用下套圈徑向易產(chǎn)生變形。實(shí)際加工中，操作人員不能有意無意地減少初磨磨削量，甚至以磨掉黑皮即為合格，這將會使細(xì)、終磨的磨削量加大，降低加工精度。

3 影響套圈磨加工精度的其他因素

3.1 設(shè)備和磨削條件

采用高精度設(shè)備、高速磨削；采用高效冷卻和潤滑的磨削液來減少或消除磨削熱，防止工件變形，提高套圈加工精度。

3.2 附加回火工藝

一般認(rèn)為附加回火只消除磨削應(yīng)力，對軸承套圈的加工精度無影響。實(shí)例探討：在雙端面磨床M7675B初磨L540010軸承外圈，抽樣20件，平面翹曲值在0.010～0.015 mm，附加回火后再次測量的平面翹曲值及分散度均很大(0.033，0.025，0.019，0.030，0.035，0.027，0.040 mm…)，這種變化影響了磨削留量在初、細(xì)、終磨等工序的分配，甚至?xí)蚰ハ饔嗔坎蛔銦o法改善形狀公差而出現(xiàn)廢品。因此制定合理的附加回火工藝保證回火后組織的穩(wěn)定性是輕、窄系列圓錐滾子軸承套圈磨削工藝正常實(shí)施的關(guān)鍵要素之一。

3.3 套圈磨削加工毛坯的精度

提高磨削加工毛坯的精度必須從粗車工序開始，超輕、窄套圈鍛件留量大，鍛件表面缺陷和大部分留量在粗車加工中去除，使粗車后套圈內(nèi)殘余應(yīng)力大，對后續(xù)車削和熱處理工序產(chǎn)生很大的影響。因此 ，對外徑大于180 mm的輕、窄系列圓錐滾子軸承套圈在粗車后應(yīng)采用去應(yīng)力退火，消除粗車應(yīng)力，以減小后序車削加工時(shí)內(nèi)部組織產(chǎn)生的應(yīng)力。熱處理后套圈會有較大的變形，如橢圓、翹曲等，可采用套、壓模淬火的辦法減小熱處理變形，進(jìn)而減少磨削量，提高磨削效率。

4 結(jié)束語

通過對輕、窄系列圓錐滾子軸承套圈加工工藝的實(shí)例分析，對影響軸承套圈磨削精度主要因素進(jìn)行了工藝探討，提出了輕、窄系列圓錐滾子軸承套圈磨削加工工藝的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和遵循原則，對編制切實(shí)可行的輕、窄系列圓錐滾子軸承套圈工藝規(guī)程具有一定參考性。