改善大型薄壁軸承套圈平面度的磨削方法

張亞輝，楊世誼，張德穎

(洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

1 存在問題

軸承套圈端面磨削是磨削加工的第一道工序，套圈端面是后工序磨削加工的基準面，因此，套圈端面加工精度將直接影響整套軸承的加工精度。同時，套圈端面也是軸承安裝時的基準面，端面質量也將直接影響軸承在主機上的裝配精度，進而影響軸承的使用性能與壽命。

大型軸承套圈一般在電磁圓臺平面磨床上進行端面磨削。電磁圓臺平面磨床通過電磁工作臺的磁力對工件進行定位，定位操作方便，適用范圍廣，生產效率高。但大型薄壁類軸承套圈由于壁厚較薄，剛度不足，在車削加工，熱處理淬、回火等過程中容易產生變形，這種變形反映在平面方向，就是套圈的翹曲程度，又稱為平面度。薄壁套圈存在平面度誤差，在圓臺平面磨床上磨削時，套圈端面方向的彎曲會在電磁工作臺磁力作用下隨磁盤平面產生彈性變形，磨削結束磁力退去后套圈在自身應力的作用下又恢復變形(圖1)，因此，薄壁套圈的平面度誤差無法在正常磨削過程中消除。

圖1 薄壁套圈電磁固定狀態示意圖

2 常用工藝方案

針對薄壁套圈在電磁工作臺磁力作用下發生彈性變形，無法磨削消除平面度誤差的問題，常采用以下解決方案。

2.1 墊塞尺或紙片法

首先檢測薄壁軸承套圈的原始平面度，并標識具體數值于薄壁套圈端面上。接著，在電磁工作臺上磁前，于薄壁套圈平面上翹最大的部位(已作標示)正下方墊相應厚度的塞尺或紙片，如最大上翹部位測量結果為上翹0.20 mm，則墊上0.20 mm塞尺或紙片。最后，工作臺上磁，開始磨削加工。電磁工作臺上磁后塞尺或紙片可以阻止軸承套圈在磁力作用下產生彈性變形，使上翹的部位保持原凸起狀態，磨削時先接觸到砂輪，上翹部位被砂輪逐漸磨低，如圖2所示。

圖2 翹起部位墊塞尺的磨削方法示意圖

這種磨削方法可以使薄壁套圈每次磨削后的平面度誤差減小，特別是原始平面度誤差較大時，改善效果更加明顯。假如薄壁套圈的原始平面度為0.50 mm，通過這種方法只需反復磨削三四次，平面度就能達到0.03～0.05 mm。然而此磨削方法受塞尺厚度、測量準確性以及操作者的技能水平等條件的限制，很難達到高精度套圈的要求，常適用于粗磨階段。

2.2 微磁力磨削

通過減小磁盤工作臺的磁力來減小薄壁套圈的彈性變形，由于磁力較小，為防止軸承套圈脫離工件盤，采用小進刀量，減小磨削力。通常在工件周圍墊幾塊已磁化的擋塊，用擋塊阻止工件脫離工作臺中心。該方法由于進刀量小，可用于P5軸承套圈的精磨，但效率較低。由于微小磁力的存在，薄壁套圈仍有輕微的彈性變形，無法達到更高精密軸承套圈的平面度要求。

3 改進后方案

為避免薄壁軸承套圈在工作臺磁力作用下變形，采取電磁工作臺不上磁，用一對徑向支承來定位工件。徑向支承的結構如圖3所示。

1—緊固螺釘；2—機床床身；3—水平支承桿；4—支承；5—磁盤；6—連接體Ⅰ；7—螺釘；8—豎直支承桿；9—緊固螺釘；10—連接體Ⅱ

徑向支承的豎直支承桿可以上下移動，調整用于不同寬度套圈的磨削；水平支承桿可以水平移動，調整用于不同外徑尺寸套圈的磨削。此定位方式下薄壁套圈在電磁工作臺上成自由狀態，無彈性變形，砂輪在磨削過程中先與工件上翹部位接觸，將工件逐漸磨平。加工完一端平面后，用同樣的方法磨削另一端面，反復幾次，逐漸減小平面度誤差，達到套圈的精度要求。

采用的徑向定位方式，套圈軸向無固定，一定要控制進刀量，以減小磨削力和磨削變形。進刀量一般控制在0.003 mm以下，通過小進刀量磨削來逐步改善套圈平面度。但該磨削方法效率較低，只適用于終加工改善精度。

4 加工實例

某型號薄壁軸承套圈終磨端面的寬度變動量和平面度要求均為0.007 mm，套圈終磨端面前的寬度變動量和平面度檢測結果均約為0.03 mm。采用微磁力光磨方法精磨4個工件，檢測結果見表1。由表1可知，磨削后套圈寬度變動量合格，但平面度仍超差，達不到工藝要求。

表1 有磁力磨削工件檢測結果 mm

采用改進后方案，工作臺不上磁，徑向定位磨削套圈，檢測結果見表2，套圈寬度變動量與平面度均能達到工藝要求。

表2 無磁力磨削工件檢測結果 mm

5 結束語

薄壁套圈由于磨削留量較大，粗磨后將會產生一定的磨削應力和磨削變形，附加回火去應力后，變形會更加明顯。因此，薄壁套圈在終磨前一定要檢測端面精度，如果變形較大，需要先通過墊塞尺的磨削方法提高精度，再進行無磁力磨削，最終達到工藝要求。