高精度球面軸承的加工工藝過程分析

李樹余

摘要：本文主要對零件軸承球體的機械加工工藝存在的各種問題進行了劃分與分析，并提出了相應的改進措施。通過實踐證明該工藝過程有效地解決了此零件難加工的問題。

關鍵詞：高精度軸承、加工工藝、過程剖析

一、前言

球面軸承零件的材料為高溫合金GH3030，內孔要求公差等級為IT1級（公差0～0.012mm），外形球體公差等級也為IT1級，球面與內孔兩端孔口邊緣最薄處不大于0.6mm，球形表面在L長度范圍內有鍍層（圖1）。因該零件加工精度要求高，使鍍鉻表面加工存在一定難度。以下就此零件的制造加工工藝過程進行分析。

二、難點分析

1.該零件的材料GH3030是難加工材料中的一種，其特性熔點高、脆性高。加工過程中易產生的熱量造成零件的變形;

2.內孔和外球面的加工工序的確定;

3.鍍鉻過程中對端面和非鍍鉻層面的保護，鍍鉻外形幾何形狀的確定;

4.外球面加工過程中夾具的形式確定;

5.外球面加工精度的保證。

三、加工工藝過程分析

1.經分析，球面軸承內孔和外球面尺寸要求精度高，加工難度較大。如果先加工球面，利用數控車床可以較好的保證球面精度和厚度尺寸的一致性，但再加工內孔時，只能裝夾球面。此加工方法切削余量大，加工過程中產生的熱量和切削力，會造成球面的夾傷和精度的破環。又因該零件壁薄，易造成零件在自由狀態尺寸的變化。因此確定粗加工時去量少，以增加壁厚尺寸，待完成內孔加工后再加工外形球面的加工。

2.以內孔定位加工外球面，那么定位夾具的設計形式將如何選擇？在傳統的內孔定位加工外形的心軸形式中有錐心軸、彈性心軸、固定心軸等方式。由于內孔尺寸精度高，加工時，內孔和心軸配合間隙不能影響球表面的加工精度，經試加工，最終采用固定心軸，以臺階孔端面定位，能更好確定球面定心尺寸，保證球面的加工精度。

3.非鍍層表面和端面的保護設計，要求鍍層和非鍍層尺寸一致，為減少加工余量，鍍前內外球面分別按Sφ18.82-0.05mm、Sφ19.1-0.05mm進行加工，鍍后外球面的直徑尺寸不小于Sφ19.2mm，且相鄰的凸臺允許有鍍鉻層。

4.經過以上工藝分析，首次確定加工工藝：下料-固溶處理—車—平磨—內磨圓—車—外圓磨—中檢—鍍鉻—外圓磨—鉗—成檢。其中工序固溶處理：無氧化皮及裂紋，直線度不大于φ0.5mm，按GJB2611-96做室溫拉伸強度性能試驗;工序平磨：先磨切斷面，兩端面平行度不大于0.013mm;工序20內圓磨：找正端面跳動不大于0.01mm;工序車：內孔φ13.589mm對軸線AA的同軸度不大于0.025mm，端面D對軸線AA垂直度不大于0.025mm;工序成檢：100%磁鐵檢查。

首次加工存在的問題：1）在內圓磨后，內孔出現橢圓;2）在外圓磨球面時，外球面尺寸偏大;3）鍍鉻球面后，球體邊緣表面出現龜裂，并在兩端面有多余鍍鉻層。

四、工藝的改進

針對首次加工中的問題，對加工工藝過程進行了改進：

1.在內圓磨過程中，裝夾由三爪卡盤改為夾套，使徑向的夾緊力分布在圓周上，消除了加工中產生的切削熱造成的零件變形。除此之外，在內圓磨后增加內孔研磨工序，內孔留有余量0.02mm～0.03mm，保證內孔在自由狀態下的精度。

2.對鍍層前球面形狀進行了改進加工即增大兩端面的邊緣實體尺寸（圖2）;制作鍍鉻夾具，將多個零件首尾相接在心軸上并確保表面鍍鉻更加充分，使鍍鉻層與機體間粘附強度更加牢固，以消除龜裂現象，同時對零件兩端面進行了保護，避免了兩端面鉻層的粘附。

3.零件的外形球面加工取決于砂輪修整的精度。修整器與砂輪中心過高或過低都會影響球面的質量。需操作者自身的技術技能。

4.重新確定工藝：下料-固溶處理-車-平磨-內圓磨-研磨-車-數控車—中檢-表面處理-外圓磨（粗）-外圓磨（精）-外圓磨（倒角）-熒光探傷（檢查裂紋）-鉗-成檢。其中工序研磨：按圖1尺寸研磨內孔，在自由狀態下保證尺寸;工序數控車：球面對基準面F對稱度不大于0.05mm;工序鍍鉻：兩端面不允許有鍍鉻層，鍍后球面尺寸不小于Sφ19.2mm。

五、結束語

通過對該零件的加工工藝規程的改進，加工制造后的零件符合圖紙設計參數的要求且合格率可達到99%，經過使用車間試裝反應良好。

隨著航空航天等工業的發展，新材料、新技術的不斷出現，使傳統的切削加工方法面臨著嚴峻的挑戰，主要表現：1.材料的難加工，如鈦合金、高溫合金、耐熱不銹鋼等各種高硬度、高熔點、高脆性的合金和非金屬的加工。2.型面復雜R，如渦輪葉片、發動機機匣、模具上的立體型面等零件上的各種異性孔。3.結構特殊的零部件，如薄壁零件、彈性零件、細長零件等低剛性零件。因此，機械加工制造必須開拓新的加工途徑，尋求新的加工工藝方法，以適應航天技術和工業的發展。

參考文獻

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