浮動支承在薄壁軸承套圈磨削中的應(yīng)用分析

郝雪玲，孫立才

（1.洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點實驗室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039）

在套圈的磨加工過程中，端面和外徑面始終是作為其他工序加工的基準(zhǔn)，其質(zhì)量直接決定了成品的精度。薄壁套圈，特別是大尺寸薄壁套圈磨削時主要存在兩方面的難題：一是端面翹曲，二是磨削變形。對于前者，可采用MKD7675雙端面磨床和ELC1200型研磨機有效控制[1]；對于后者，目前尚無較好的解決辦法，只能通過增加磨削次數(shù)即多遍磨削的方式來控制變形，不僅延長了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，還大量占用人力和設(shè)備資源。如何通過控制磨削變形來減少套圈磨削次數(shù)，提高生產(chǎn)效率，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期是當(dāng)前急需解決的問題。

1 薄壁軸承外徑磨削方法及支承

大尺寸薄壁軸承外徑的磨削主要在3M2125外圓磨床上進行，工件的支承方式一般有2種：第1種采用兩固定支點的電磁無心夾（圖1）；第2種采用具有一定浮動功能的支承（圖2）。對于薄壁套圈，采用兩點支承磨削時容易變形，并且前、后支承的角度以及偏心調(diào)整難度較大。采用第2種具有一定浮動功能的支承時，成圓能力將有所提高，在大尺寸薄壁軸承外徑的磨削中較多采用。

圖1 常規(guī)固定支承磨削外徑示意圖Fig.1 Diagram of conventional fixed supporting for grinding of outer diameter

圖2 浮動支承磨削外徑示意圖Fig.2 Diagram of floating supporting for grinding of outer diameter

2 浮動支承

具有浮動功能的普通浮動支承在磨削進給量小的情況下，雖然可有效提高薄壁套圈的成圓能力，但仍需要多次磨削去除余量，效率難以滿足生產(chǎn)需求。為進一步發(fā)揮浮動支承的優(yōu)異性能，采用浮動性能更優(yōu)的8支點浮動支承（圖3），其具有極好的彈性，8個浮動支點均勻支承外徑面，增加了套圈的支承剛性，減小了磨加工時的變形。以B70851外圈為例進行試驗驗證。

圖3 浮動支承Fig.3 Floating supporting

3 實例分析與工藝優(yōu)化

B70851外圈的尺寸及精度如圖4所示，其壁厚系數(shù)（外徑／內(nèi)徑）＝1.036＜1.143，屬于薄壁系列，原磨加工工藝流程為：粗磨端面→粗磨外徑面→粗磨內(nèi)徑面→粗磨外溝→車倒角及密封槽→細研端面→細磨外徑面→終磨內(nèi)徑面→細磨外溝→終研端面→終磨外徑面→終磨外溝→超精外溝→修研外徑面。原工藝采用3次磨削，效率低，由于采用浮動支承粗磨外徑面即可獲得較好的精度，綜合考慮后續(xù)加工可能引起的變形，優(yōu)化工藝方案為：將原3次磨削減少為2次磨削；為進一步提高效率，粗磨內(nèi)徑面和粗磨溝道采用精車，與倒角和密封槽合并為一個工序加工。

圖4 B70851產(chǎn)品尺寸及精度Fig.4 Size and accuracy of B70851

浮動支承的使用方法如圖5a所示[2]，但在外徑面磨削時出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)齻F(xiàn)象，調(diào)整磁力、冷卻水流量、砂輪牌號等，燒傷現(xiàn)象并未明顯改善，減小磨削進給量后，燒傷現(xiàn)象有所改善，但大大降低了該工序的效率。經(jīng)過分析，得出燒傷的原因為8個浮動支點和固定支點與外徑面之間的摩擦力過大，導(dǎo)致套圈瞬時停轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速不均勻。為充分發(fā)揮浮動支承磨削薄壁套圈的優(yōu)勢，對其使用方法進行改進，去除固定支承，并將浮動支承逆時針旋轉(zhuǎn)一定角度，如圖5b所示。用部分浮動支點代替原來的固定支點，從而減小摩擦力，同時使工件在浮動支承的支點和砂輪與工件的接觸點所形成的區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定磨削，快速成圓。

圖5 浮動支承的調(diào)整方式Fig.5 Adjusting methods of floating supporting

通過試驗對浮動支承的旋轉(zhuǎn)角度進行調(diào)整，在旋轉(zhuǎn)角 α為10°，20°，30°下分別進行磨削，各角度下選用單一平面外徑變動量VDsp（橢圓度）和平均外徑變動量VDmp（棱圓度）基本一致的3個工件，磨削后檢測外徑圓度，結(jié)果見表1。由表1數(shù)據(jù)可知，當(dāng)α＝10°時，橢圓度較好，但棱圓度較差；當(dāng)α＝30°時，結(jié)果與此相反；當(dāng)α＝20°時，橢圓度和棱圓度均取得較好效果。在確定浮動支承的最佳調(diào)整角度后，對B70851軸承進行工藝優(yōu)化試驗。

表1 不同支承角度下粗磨后套圈的精度Tab.1 Accuracy of rings after rough grinding at different supporting angles

B70851原工藝采用3遍磨，其中外徑各工序的余量和精度見表2。試驗選用40件外圈進行粗磨，為提高效率及確定毛坯余量，粗磨余量按照將原始橢圓消除（零件去黑皮）后再去除0.05mm的原則進行，粗磨后將上述外圈的內(nèi)徑面、溝道、密封槽、倒角進行車加工，加工后檢測外徑的橢圓度和棱面度，結(jié)果見表3。由表2、表3可以看出：

表2 B70851原工藝的工序余量和精度Tab.2 Process margin and accuracy of original processes for B70851

表3 粗磨及精車后零件的精度Tab.3 Accuracy of parts after rough grinding and finish turning mm

1）外徑粗磨后，套圈的橢圓度和棱圓度均十分理想，證明支承的調(diào)整角度合理。

2）17件套圈（占比43%）的精度已達到原工藝終磨的要求，其余23件套圈（占比57%）的精度達到原工藝細磨的要求。此外，車加工后僅7＃，8＃，10＃，18＃，33＃套圈變形較大，超過原工藝細磨的要求，但仍在可接受的范圍。在此基礎(chǔ)上，套圈再進行1次終磨即可達到圖紙規(guī)定的各項精度指標(biāo)，由此可見B70851采用2遍磨削的車、磨結(jié)合工藝是完全可行的，優(yōu)化前后的工藝見表4。優(yōu)化后，磨加工工藝由原來的18個工序減少為10個工序，外徑車加工余量可減少0.5 mm，極大地縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。

表4 B70851外圈工藝流程對比Tab.4 Comparison of processes for outer ring of B70851

4 結(jié)束語

1）對浮動支承的使用安裝方法進行了深入探索，采用全新的安裝調(diào)整方式解決了磨削時的燒傷問題，并通過試驗得出了角度調(diào)整范圍以及最佳調(diào)整角。

2）對B70851外圈進行小批量工藝試驗，確定了優(yōu)化工藝。優(yōu)化后，磨加工工藝由原來的18個工序減少為10個工序，外徑車加工余量可減少0.5mm。