四點接觸球軸承溝道超精研方法研究

霍會民, 張紹群, 李 季

（1.中航工業哈爾濱軸承有限公司，黑龍江 哈爾濱 150025；2.中國人民解放軍駐一二〇廠軍事代表室，黑龍江 哈爾濱150000）

四點接觸球軸承溝道超精研方法研究

霍會民1, 張紹群1, 李 季2

（1.中航工業哈爾濱軸承有限公司，黑龍江 哈爾濱 150025；2.中國人民解放軍駐一二〇廠軍事代表室，黑龍江 哈爾濱150000）

通過對超精研機控制方法、支承方式、油石壓力點、油石材料等的調整和改進，找出了四點接觸球軸承溝道超精研方法。

四點接觸球軸承；桃形溝；超精研;油石；支承方式

1 前言

近年來出現了幾次因四點接觸球軸承溝道剝落引起軸承失效，導致精密機械出現故障的情況，為此進行了失效原因分析，并針對分析結論開展了加工工藝研究。

2 失效的原因

根據產品結構（見圖1），四點接觸球軸承的溝道形狀是由兩段圓弧組成的桃形溝道組成，使用四頭精研機、3MZ3220等普通精研設備無法完成內、外圈的溝道精研加工，一直采用拋光法去除磨削痕跡，使用毛氈輪與氧化鉻配合加工，此方法很好地改善了溝道表面光潔度。

通過分析四點接觸球軸承套圈的精研加工工藝，該拋光方法很難改善產品溝形差、磨削變質層、波紋度等技術指標，而磨削變質層是導致軸承溝道表面剝落的主要原因，因此必須通過調整加工工藝，改善溝形差、去除磨削變質層、降低波紋度值和表面粗糙度值。

圖1 四點接觸球軸承溝形

3 改進的方法

軸承套圈生產中的溝道超精研加工是決定軸承產品精度的關鍵環節，直接影響軸承的使用壽命和旋轉精度。通常的油石超精研普遍采用油石壓力恒定、擺動角度恒定的加工方法。針對桃形溝套圈，使用梯倫豪斯超精機，通過控制系統不斷調整油石壓力和擺動角度，改變定位方式，選用合適的超精磨料，確保超精加工滿足工藝要求。精研位置示意圖見圖2。

3.1 控制方式

梯倫豪斯超精機在系統控制方面應用Siemens可編程控制器，通過伺服系統實現工件在兩個工位各三個精研階段中以不同的速度旋轉，油石實現不同的擺動頻率，實現各階段不同的加工要求，即：第一階段工件高速旋轉、油石高頻擺動去除磨削變質層；第二階段工件中速旋轉、油石中頻擺動提高軸承套圈幾何精度；第三階段工件中速旋轉、油石低頻擺動降低套圈溝道表面粗糙度值并形成儲油紋路。通過伺服系統控制油石擺動角度，進行不對稱控制，使溝底方向油石擺角小，溝頂方向油石擺角大（見圖3， α＞β），伴隨油石壓力調節，實現桃形溝的超精研加工。

圖2 精研位置示意圖

圖4 液壓定心示意圖

圖3 油石擺動角度

3.2 定位方式

軸承內圈在支承定位方式上進行了重大改變，通過液壓定心實現徑向定位（見圖4），輔助以壓輥作軸向夾緊。液壓定心是指壓力油通過心軸上的小孔在心軸和軸承套圈之間形成壓力油膜，壓力油膜支承軸承套圈。此方法從根本上解決了機械接觸式支承存在的問題，例如固定式心軸復映軸承內孔缺陷、旋轉式心軸復映旋轉體缺陷，而液壓定心沒有了軸承套圈與心軸之間的機械接觸，這樣軸承套圈與心軸之間就不會產生機械摩擦，因此0.01mm以下的心軸缺陷不會復映到軸承套圈上，保證軸承內圈精研加工質量不受定位精度影響。

3.3 磨料材料

梯倫豪斯超精研機配置的油石品牌是MICROTOOL，和眾多歐美磨料品牌一樣，MICROTOOL油石的使用針對性較強，特別適合特殊材料、特殊熱處理工藝條件下，具有特殊工作表面紋理要求和預定壓力要求的軸承超精研加工。國內軸承企業目前大量使用的還有日本油石，對于通用材料軸承套圈的超精研加工來說，改善效果比較明顯。

CBN油石已成為油石超精加工的主要磨料，對于國產磨料還是進口磨料的選擇，取決于軸承加工工藝及工藝裝備的水平，配合合適才能發揮理想的精研效果。

對于四點接觸球軸承的內、外溝道超精加工，梯倫豪斯超精研機將整個超精研過程分為粗超和精超二個工位，分別選用不同性能的CBN油石。粗超階段選用比較鋒利的油石磨料，油石壓力相對較高，精研切削能力較強，通過粗超的三個精研階段去除工件表面砂輪花，初步統一尺寸，為精超加工打好基礎；精超階段選用相對鈍化的油石磨料，油石壓力相對較低，切削能力減弱，拋光作用加強，改善溝形差，降低波紋度值和表面粗糙度值。

4 超精研加工的優點

通過一系列的實驗和批量加工驗證，超精加工有以下優點。

（1）超精研加工能夠有效改善圓形偏差，降低波紋度值，有效去除磨削變質層，降低表面粗糙度值，通過改善圓形偏差，提高軸承的旋轉精度，降低軸承使用時的振動和噪音。

（2）超精加工能夠在溝道表面形成對軸承使用有益的殘余壓應力。

（3）超精研加工能夠提高軸承承載能力。套圈溝道表面的實際支撐面積經超精加工后有較大增加，為提高整套軸承的承載能力創造了良好的條件。

（4）超精研加工提高了軸承潤滑效果。超精研加工后溝道表面形成紋理均勻細膩的交叉網紋，對潤滑非常有利，使溝道表面易于存儲潤滑油，在軸承工作時套圈與鋼球接觸表面保持一層油膜，從而避免或減小磨損。

（5）超精加工的綜合效果反應為軸承工作時減少發熱。

5 結束語

該精研方法已經推廣到所有內徑在10mm以上的四點接觸球軸承、三點接觸球軸承、各種接觸角（60°、40°、25°、15°）球軸承及深溝球軸承的超精研加工中。經過一年半的推廣使用效果良好，溝形差、磨削變質層、波紋度和表面粗糙度等技術指標100%滿足工藝要求，圓度、波紋度優于工藝要求60%以上。經過事實驗證，各類型特殊溝形球軸承完全可以應用油石超精研方法進行加工。

（編輯：王立新）

Research method of four point contact ball bearing channel super-finishing

Huo Huimin1,Zhang Shaoqun1,Li Ji2
(1.AVIC Harbin Bearing Co.,Ltd.,Harbin 150025,China;2.Military Delegrate Office of PLA Residing No.120 Factory,Harbin 150000,China)

By adjusting and improving the control method , the support mode, whetstone pressure points, whetstone material of the super-finisher, a method of four-point contact ball bearing channel superfinishing was found.

four point contact ball bearing;peach shaped groove;super-finishing;whetstone; supporting way

TH133.33+1

B

1672-4852（2015）04-0018-02

2015-12-03.

霍會民（1982-），男，工程師.