軸承磨削燒傷的產生原因及解決方法淺析

張紹群，劉 鐵

（1.中航工業哈爾濱軸承有限公司 工程技術部，黑龍江 哈爾濱 150025; 2.哈爾濱軸承集團公司 生產管理部，黑龍江哈爾濱 150036）

軸承磨削燒傷的產生原因及解決方法淺析

張紹群1，劉 鐵2

（1.中航工業哈爾濱軸承有限公司 工程技術部，黑龍江 哈爾濱 150025; 2.哈爾濱軸承集團公司 生產管理部，黑龍江哈爾濱 150036）

通過熱力學公式找出軸承磨削熱產生的主要原因并進行分析，找出避免軸承燒傷的比較合理的方法。

軸承磨削燒傷；套圈溫升；支點；砂輪

1 前言

減少軸承加工缺欠一直是軸承加工工藝追求的目標。軸承套圈在磨削加工過程中，經常出現種類不同的加工缺欠，其中磨削燒傷是常見的磨加工缺欠，它主要是由于磨削過熱引起的。支點的支承方式、砂輪的品種、冷卻液等都是引起磨削過熱的影響因素。

磨加工過程中，由于摩擦力的作用使套圈的溫度升高，當溫度過高時就產生了燒傷。這里運用熱力學公式從熱力學角度分別進行分析，從如何減少套圈的溫升和如何帶走套圈熱量兩方面討論。

2 套圈的溫升分析

從熱力學公式Q=C·M·Δt中，可以看出軸承套圈的磨削熱Q與材料的比熱C、參與磨削的質量M和套圈溫升Δt成正比，而套圈材料是事先確定的這里可以定為常數，所以著重分析參與磨削的質量M和套圈溫升Δt。

參與磨削的質量M是指在磨削區被去除的質量。如果參與磨削質量M過小，就會造成磨削效率低下，直接影響加工效率，而且由于參與磨削質量M過小使軸承套圈對砂輪的作用力減小，造成砂輪脫落減少、自銳能力降低、磨削熱升高，使磨削質量和磨削效率降低；反之參與磨削質量M過大，會造成軸承套圈與砂輪之間的作用力加大，使磨削熱升高，同時磨削質量也隨之降低。而主要影響因素是支承方式和磨削方式。

2.1 支點角度

支點角度直接影響套圈的受力，而受力又影響套圈參與磨削的質量M。目前，使用的電磁夾盤無心支承方式是靠軸承套圈與機床主軸回轉中心之間的偏心量所產生的偏心力矩使軸承套圈靠緊支點來實現其徑向定位，軸向定位是靠電磁力和軸向定位環來實現的，而且定位環與軸承套圈之間在工作時有相對運動。圖1為工件自重的受力分析，圖2具體分析工件中心與回轉中心偏心量所產生的偏心力。

圖1 支承方式Ⅰ的套圈重力分析

圖2 支承方式Ⅰ的偏心力和磨削力分析

圖3 支承方式Ⅱ的套圈重力分析

圖4 支承方式Ⅱ的偏心力和磨削力分析

圖5 無心電磁夾盤的組成

從圖1、2中可以看出，軸承套圈主要承受套圈本身的重力、磨削力和偏心力，偏心力的方向指向兩支點夾角的平分線，重力和磨削力垂直向下。大多數軸承行業采用如圖1、2所示的支承方式Ⅰ，即重力和磨削力指向下支點兩側，但也有極少數企業采用如圖3、4所示的支承方式Ⅱ，從圖3、4的受力分析可以看出，在重力和磨削力的作用下，產生以下支點為中心遠離前支點的力矩，它增加了軸承套圈對砂輪的作用力，也就變相增加了參與磨削的質量M。

2.2 支承材料

軸承行業磨削加工廣泛使用的是無心電磁夾盤，無心電磁夾盤是勵磁線圈產生磁場，而通過磁芯、定位環、軸承套圈、支點及支點座形成磁回路，此回路中的各部件應該是導磁材料，只有這樣才能減少磁損、保證磁力的穩定（見圖5）。

支承用支點大多數選用的是導磁的金屬材料，也有少數選用非導磁材料，如酚醛膠木等。由于酚醛膠木不導磁，造成一定的磁損，為了獲得同樣的磁力就必須增加勵磁線圈的電流；為保證套圈的穩定就必須增大偏心量，這樣就增加了套圈與支承的摩擦力，直接影響套圈的轉動，而酚醛膠木等非金屬支點比較軟，非常容易被鑲嵌入金屬顆粒和石英砂顆粒，非常容易造成套圈瞬間轉速改變，圓弧支點表現得更為明顯。由于圓弧支點接觸面積和包角較大，非金屬支點不容易形成支承油膜，造成摩擦力增大。以上原因均導致砂輪對軸承套圈的作用力增加，也就變相增加了參與磨削的質量M。

2.3 支點形式

支點形式主要分為固定支點、浮動支點、雙浮動支點和圓弧支點。固定支點和浮動支點為單點接觸或兩點接觸，雙浮動支點是多點接觸，而圓弧支點是通過圓弧的重合及液膜層的結合實現面接觸。圓弧支點是非接觸式支承，工件與支點之間的摩擦力較小，它可以避免工件與支點之間的劃傷和燒傷。

2.4 磨削方式

磨削方式直接影響參與磨削的質量M。磨削方式大致分為定程磨削和控制力磨削。定程磨削是在一定時間內進給一定距離的磨削方法，這種磨削方式要求軸承套圈上工序的留量有較高的一致性，如果一致性較差時就會造成兩種缺欠：一種是留量大造成單位時間內磨削量加大，即參與磨削的質量M也隨之增大；另一種是留量小加工效率降低。

控制力磨削是由控制系統根據砂輪扭矩來確定進給量，可以實現磨削力的恒定。

從上述三個方面的論述可以看出，它們都可以造成參與磨削的質量M的增加，同時磨削力也隨之增加，造成軸承套圈溫度的增加，即Δt增大，這些都是造成軸承套圈磨削燒傷的主要因素。

3 套圈熱量分析

3.1 熱量的傳遞

與軸承套圈接觸的定位夾具材料應選用熱的良導體，如硬質合金等，它可以把部分磨削熱帶走，降低軸承套圈的溫度。

3.2 熱量的交換

冷卻液的目的就是在單位時間內盡可能多地帶走熱量，降低軸承套圈的溫升速度。根據熱力平衡原則，運用熱力學公式Q=C·M·(t2-t1)，從熱交換角度分別分析冷卻液的比熱、質量和溫差對熱量Q升高的影響。

冷卻液的比熱與冷卻液材料和配比有關，現在常用的冷卻液一般為合成冷卻液（使用原液按比例勾兌）、組合冷卻液（油膏、碳酸鈉等按比例組合）和油（變壓器油），比熱油為最大，它可以在較短時間內升高溫度，帶走較多的熱量，但是成本較高，而且污染環境。

使用冷卻液量超大、有高效冷卻系統、高精度的過濾系統的集中冷卻液供給系統，加大磨削區域冷卻液的流量，采用增大冷卻液管的口徑和噴嘴的數量，再改變冷卻位置，特別是內表面的加工，增加主軸出水功能，都可以非常高效地與套圈進行熱交換，降低溫升。

4 砂輪對產生磨削熱的影響

砂輪在磨削加工中起到非常大的作用，砂輪磨粒的材質、結合劑、空隙等的選擇是保證完美磨削的重要因素。

4.1 砂輪空隙

當砂輪進行磨削時，砂輪與工件接觸，使冷卻液不能從砂輪與工件之間直接通過，大大降低了冷卻液的冷卻效果。因此，選用大空隙砂輪增加砂輪的含水量，依靠砂輪轉動產生的離心力使冷卻液直接進入磨削區。

4.2 砂輪的鈍化

在磨削過程中，砂輪工作表面的磨粒會逐漸磨鈍堵塞，砂輪磨鈍堵塞后，磨削力增大，磨削溫度上升，發生頗振與燒傷，使被加工零件的表面完整性受到極大影響。同時，砂輪的堵塞鈍化也會使砂輪工作表面喪失正確的幾何形狀，使加工精度降低。

砂輪的粒度、硬度、組織、砂輪的速度、軸承套圈速度、進給速度、磨削深度及磨削液等是磨削過程中影響磨削質量的重要參數。因此，對影響砂輪磨鈍堵塞等各種因素進行分析研究，對磨削用量等參數進行單因素、多因素實驗，建立優化合理的磨削參數并總結出規律，仍是指導生產的一種有效方法，也是磨削加工技術中應該重點研究的內容之一。

5 結束語

從上述幾方面可以看出，選用合理的支承方式、導磁的支點材料、先進的支點形式、匹配的磨削進給參數、適合的砂輪，就可以很大程度解決磨削中的燒傷問題。

（編輯：鐘 媛）

Analysis on reason for grinding burns of bearing and solutions

Zhang Shaoqun1,Liu Tie2
（1.Engineering Technology Department,AVIC Harbin Bearing Co., Ltd., Harbin 150025,China; 2.Production Management Department,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036, China）

Through the thermodynamic formula, this article analyzes the main reason for the bearing grinding burn, and finds a reasonable way to avoid bearing burn.

grinding burns of bearing; ring temperature rise; supporting point; grinding wheel

TG580.63

B

1672-4852-（2014）04-0033-03

2014-09-12.

張紹群（1963-），男，高級工程師.