軸承滾壓加工在零件車削精加工中應用研究

孫 靜

(吉林工業職業技術學院 吉林吉林 132013)

一、研究的意義

隨著機械制造行業的發展，零件的加工效率和加工精度是企業追求的生產目標之一。然而，在金屬材料切削加工過程中，人們已經通過合理編排加工工藝，添加半精加工和精加工工序來實現提高零件尺寸精度和表面粗糙度，很多企業在批量生產中廣泛采用磨削加工來提高零件的表面粗糙度。然而在一些規模不大的加工單位，小批量生產或者生產批量不大時如果只為了提高零件的精度，只采用車削精加工很難達到要求的尺寸精度和表面粗糙度。如果采購磨床又額外增加了加工成本，本次研究內容擬針對我校學生普通車削實習時零件表面精度不達標這一情況進行研究。在研究中發現，很多高精密零件在加工過程中都采用了滾壓等光整加工方法，所以，本文在對國內外滾壓加工現狀和方法機理研究的基礎上，引入軸承滾壓加工方法，旨在解決小批或中批量生產中減少工藝步驟，降低生產成本并能提高零件的精加工表面質量的方法[1]。

二、國內外研究狀況

在對國內外滾壓加工研究的資料和調查中發現，我國現在也有很多滾壓加工技術，如磁力滾壓技術是依據磁力驅動原理完成對非導磁管類工件內表面滾壓加工的一種新型加工工藝。激光輔助滾壓技術始于20世紀70年代，通過脈沖激光和傳統表面滾壓相結合，利用強脈沖激光產生沖擊波來對材料進行強化，使材料表面產生高密度的位錯，在材料表層產生殘余壓應力，從而提高材料表面的機械性能的一種加工工藝方法，國外的研究現狀基本和我國程度相似。這些加工工藝方法都是在批量生產中引進專用設備進行滾壓加工。

三、研究條件

根據我院實訓條件和所用設備，使用車床加工碳素鋼零件時，出現加工表面質量不高的問題，我們進行了研究，并考慮在零件批量生產中，不使用磨削設備，直接在車床上完成零件的精加工并能達到較高的加工精度。所以，我們設計采用軸承滾壓加工方式來提高零件的表面質量和加工效率。研究團隊成員查閱了國內滾壓加工的資料和技術視頻，并根據軸承材料和功能的特點，自制刀桿，并將軸承安裝在刀桿上作為切削刀具實現滾壓加工。如果要提高車削零件的表面質量和尺寸精度，還需要考慮加工不同類型，不同批量的零件，大家查閱了大量的切削參數的文章和實踐數據，旨在采用軸承滾壓加工，加工軸類零件的精加工工藝并降低生產成本，并能達到比車削精加工更高的質量標準[2]。

四、主要研究目標

本文對軸類零件車削中不采用磨床，直接在車床上加工零件能達到更好精度的方法進行研究。

車削加工是軸類零件的主要加工方法，能車削各種鋼材、鑄件等金屬，可車削玻璃鋼、尼龍、膠木等非金屬，又能對不易進行磨削的有色金屬工件進行精加工。車削加工屬于等截面連續切削，切削過程中力很小，切削過程平穩，可進行高速切削和強力切削，生產率高。車削加工的精度等級能達到IT12-IT7之間，表面粗糙度Ra為12.5-0.8μm，適用于工件的粗加工、半精加工和精加工[3]。

在加工小批量零件或中批量零件時，表面粗糙度0.8以上的零件在車削加工中就很難獲得，有條件的企業只能改變加工工藝，采用磨削加工。磨削加工是一種精密的切削方法，能獲得高精度和低粗糙度的表面，也能切削硬度較高的或某些難切削材料。磨削精度的公差等級可以達到IT7-IT5，表面粗糙度Ra值為0.8-0.2μm。

針對我院的實訓條件和實訓內容，軸類零件加工過程中精加工是車削的最后一道工序，零件加工后的表面粗糙度等級很難達到1.6μm以下。而對于機床轉軸這樣重要的傳動零件這個精度不能滿足使用要求，所以研究團隊成員針對當今機械行業的應用現狀，提出將滾動軸承作為滾壓工具應用在車削軸類重要零件的精加工中。滾動軸承工作時，內、外圈與滾動體的高速相對運動使其接觸面受到強烈的摩擦，所以所用的材料具有高耐磨性，工作時載荷集中作用于局部區域，使接觸處容易出現凹坑，所以材料要具有一定的硬度和接觸疲勞強度。軸承所用的材料都是專用軸承鋼制造，含碳量為0.95%-1.10%，為了提高耐磨性也加入了一些合金元素。本次研究擬選用軸承作為滾壓加工工具也是考慮到在零件精車時利用軸承和工件之間的一次擠壓加工達到零件的尺寸精度和表面質量要求，切削過程平穩，加工成本低，不用增加磨削工藝即可達到要求。同時，在加工時可能會出現表面硬化現象，加工后的軸類零件的表面硬度會高于車削和磨削加工，而且不易生銹[4]。

五、研究內容

在研究過程中，首先設計滾動軸承作為加工工具的碳素鋼刀具，根據學生的實習內容設計刀桿尺寸，加工的零件類型主要是長軸、短軸、圓錐面等特征，使所設計的刀具能應用在這些實訓項目中。這樣也可以減少加工成本，實現一刀多用[5]。

根據零件的特征留出足夠的精加工余量，在一次走刀中能將余量切除并達到尺寸公差要求。

調整加工過程中的加工參數，包括切削速度和進給量，使得切削過程平穩。

觀察加工過程中的現象，通過軸承滾壓加工能否改善軸類零件的表面組織，達到工件加工硬化的目的。

六、結束語

通過軸承滾壓加工在零件精加工車削中的應用技術能在保證降低加工成本、減少工序的前提下提高零件表面精度。在研究過程中需要制作滾壓刀具，調整切削參數，合理使用切削液，以達到零件精加工的質量標準。