特大型調心滾子軸承全互換合套工藝

柳楓，王龍杰，李苗苗

(瓦房店軸承股份有限公司，大連 116300)

特大型調心滾子軸承原合套工藝主要按保持架加工批次確定裝配公差，即不論內、外圈只能有一種套圈進入裝配間，另一種套圈在過程間等待，當保持架和滾子都進入裝配間后，過程間方可進行套圈的滾道加工；并且首件成品套圈必須先試驗合套，確認游隙合格后，單件確定裝配公差；同一規格保持架、不同加工批次，需設定不同的裝配公差，否則易造成游隙過小(可返修)或過大(松套)。故裝配難度大，而且容易造成當期產品掉隊，無法結束品種，補料不及時更造成產品拖期，嚴重降低過程間生產能力；當月末零配件進廠時，很多產品因等待裝配公差而集中在幾臺機床上加工，大批產品加工因周期短無法快速完成，于是形成突擊生產、突擊裝配現象，產品質量不能保證，生產能力得不到充分發揮。

隨著國內軸承企業技術改造步伐的不斷加快，越來越多的國際先進磨加工設備得到運用，隨著軸承零件磨加工設備自動化程度及精度的不斷提高，為部分軸承型號推行全互換合套工藝創造了條件。下文以240/600/W33特大型調心滾子軸承為例對全互換合套工藝進行闡述。

1 可行性分析

全互換合套是將徑向游隙公差合理分配到外滾道、內滾道和滾子直徑尺寸上，按分配后偏差加工出批量的內、外圈和滾子，進行任意組合裝配，其游隙值都能滿足標準要求。

240/600/W33軸承的基本組徑向游隙要求為0.31～0.48 mm，游隙公差為0.17 mm，因此，將0.17 mm公差分配為：外滾道直徑尺寸公差0.07 mm，內滾道直徑尺寸公差0.06 mm，滾子直徑尺寸公差0.02 mm。參考產品圖紙，確定出內、外圈滾道及滾子直徑尺寸上、下偏差如圖1所示。

實現全互換合套的關鍵是實際加工出的內、外滾道及滾子直徑尺寸偏差能否滿足按徑向游隙公差確定出的內、外滾道及滾子直徑尺寸偏差。內、外滾道直徑尺寸公差0.06 mm和0.07 mm與相同尺寸段的內、外徑標準要求的尺寸公差基本相同，在落地磨床TM1500上加工有一定困難，但在數控立式磨床上加工比較容易保證。滾子直徑尺寸公差0.02 mm，在現有的M1080等磨床上加工也能夠保證，所以特大型調心滾子軸承實現全互換理論合套是可行的。

圖1 內、外圈及滾子尺寸結構

2 存在的問題

特大型調心滾子軸承推行全互換合套工藝還存在諸多問題。

(1)外滾道采用范成法磨削，接觸面積大，冷卻效果不好，溫升大，所以滾道直徑尺寸離散度大，難以控制。但范成法成形磨削滾道曲率半徑比較規范，位置相對好控制。

(2)內圈寬度尺寸離散性較大，以兩端面定位磨削內滾道時滾道位置存在誤差，端面寬度尺寸離散性越大，內滾道位置誤差越大。

(3)由于球基面加工精度低，導致滾子曲率半徑不達標，滾子實際輪廓與理論有偏差。

(4)由于T68等手動設備的調整差異，重復定位誤差，兜孔中心距、兜孔角度的對刀點差異，以及刀具磨損不及時更換等原因，造成保持架兜孔中心距偏移，兜孔角度不準，兜孔深度尺寸偏差及相互差較大，兜孔直徑散差大等現象。導致相同的套圈和滾子裝用不同批次保持架而形成不同的游隙，如241/750CAK30/C3W33軸承試驗合套兩個班次加工的保持架，結果形成0.20 mm的游隙差異。

由于鑄銅毛坯無時效處理，進刀量大(尤其是鏜孔工序)，運輸中的磕碰等原因引起保持架變形，導致各個兜孔的中心距不一，使整套軸承在圓周方向的位置游隙不一，造成旋轉不靈活。

3 解決措施

3.1 滾道終加工工藝留量確定

依據設備實際加工質量狀況，在數控立式磨床上修正圓度、壁厚、滾道位置、滾道曲率等誤差所需的最小留量，以降低磨削熱，更好地控制尺寸離散度，確定滾道終加工留量。重新確定工件轉速、砂輪轉速、砂輪進給速度和砂輪參數(磨料、硬度、粒度等)等直接影響滾道加工精度的工藝參數。

3.2 終加工工序尺寸公差的控制

3.2.1 端面磨削

以D≤700 mm為例，采用雙端面磨床磨削套圈端面，套圈端面寬度尺寸偏差常規產品可控制為0～-30 μm，超輕、特輕系列產品可控制為0～-50μm，極大減小了調心滾子軸承套圈寬度尺寸離散性；套圈端面寬度平行差常規產品可控制在5 μm以內，超輕、特輕系列產品可控制在10 μm以內，進一步提高后工序的定位基準精度，為全互換合套奠定基礎。

3.2.2 外滾道加工

考慮到外滾道加工時砂輪與套圈接觸面積大，溫升大，導致尺寸控制較難，因此，先采用硬車加工，保留細磨工序足以修正前工序圓度、滾道位置、壁厚、滾道曲率等偏差的最小留量，滾道終加工采用范成法磨削，提高滾道尺寸可控性。

3.2.3 內滾道加工

直接采用硬車代替粗磨加工，保留細磨工序的最小留量。內滾道終加工采用數控立式磨床，一次定位加工兩滾道，提高滾道尺寸精度和兩滾道相互差。

3.2.4 保持架質量控制

采用加工中心或大型落地數控鏜銑設備加工保持架，消除設備原因造成的保持架兜孔角度、直徑、兜孔深度及保持架中心距等加工誤差。對澆鑄或粗車后的銅坯進行人工時效處理，盡可能消除車、鏜等工序材料的應力釋放造成的保持架變形。對成品保持架采用托盤加纏包或專用箱進行運輸，減小保持架在運輸中由于磕碰而變形。

4 實施方案與最終效果

4.1 實施方案

選取30套240/600/W33調心滾子軸承進行全互換合套試驗，具體方案如下：

(1)粗磨工序結束后，由指定檢查員選取內、外圈各30件對平面、內徑、外徑、滾道進行檢測，記錄各部位尺寸及幾何精度，并單獨移動進行附加回火。

(2)細磨端面工序在M7475B設備上采用對稱磨削，套圈端面寬度尺寸公差要求控制在50 μm以內，平行差控制在15 μm以內。由檢查員在內、外圈端面上分別采用LH-1～LH-30 順序編號，按編號記錄套圈寬度尺寸偏差及平行差。

(3)內、外徑細磨加工采用數控立式磨床MKW28100，加工精度必須達到磨加工工藝卡片的規定，并記錄數據。

(4)外滾道磨削采用立式數控磨床ROPC200N，在不考慮保持架影響的前提下，外滾道直徑尺寸公差控制在50 μm以內，其余加工精度必須達到磨加工工藝卡片的規定，并記錄數據。

(5)內滾道磨削采用立式數控磨床RVU1250/125，在不考慮保持架影響的前提下，內滾道直徑尺寸公差控制在60 μm以內，兩滾道相互差和同軸度控制在20 μm以內，其余加工精度必須達到磨加工工藝卡片的規定，并記錄數據。

(6)為檢驗工序間內、外滾道尺寸及幾何精度測量的準確性，采用三坐標測量儀對內、外圈各15件進行最終復檢，并記錄數據。

(7)合套采用的30組滾子直徑尺寸公差為0～-0.02 mm，分組差為3 μm。

(8)合套的30組保持架尺寸采用三坐標測量儀測量各部位尺寸及幾何精度，作為合套的參考數據。

4.2 最終效果

按全互換合套工藝要求，加工出240/600/W33軸承的套圈、滾子與保持架，進入裝配間后將內、外圈和滾子任意組合進行裝配，其理論游隙值與實際檢測游隙值見表1。

由表中數據可以看出，實際游隙檢測值為0.34～0.43 mm，完全滿足標準要求。由此可見，特大型調心滾子軸承實行全互換合套的工藝是可行的，已經開始全面推廣應用。

表1 240/600/W33軸承理論游隙值與實際檢測游隙值