滾動軸承套圈數控車削缺陷分析及改進措施

孫欽賀

杭州駿馬軸承有限公司 浙江杭州 311113

1 序言

目前，國內軸承行業的軸承套圈已經采用先進的數控車削加工技術。生產實踐中發現，軸承套圈在數控車削加工過程中，由于受到各種因素的影響，加工出來的工件不僅達不到規定的技術要求，還會出現各種各樣的質量問題，從而造成不合格品甚至廢品。因此，必須進行質量分析，找出質量問題產生的原因，采取相應的糾正預防措施。

滾動軸承套圈數控車削加工過程中的常見缺陷有：車刀紋粗大、墊傷、漏工序、工件放偏、車削瘤、滾道留筋、振紋、倒角異常、擋邊低及崩刀等。有些缺陷出現在表面，很容易被發現，例如車刀紋粗大、漏工序等，可以將缺陷件挑出來后進行返工，經檢驗合格后流轉至下道工序；有些缺陷如墊傷、倒角異常及擋邊低等，必須將缺陷件挑出來做報廢處理；另外一些缺陷，例如工件放偏、車削瘤及滾道留筋等，不容易被發現，若流入下道工序，則會帶來質量隱患，甚至會導致產品報廢。

下面以實例分析方式，對滾動軸承套圈數控車削加工過程中產生的缺陷進行原因分析并加以整理歸納，提出相應的改進措施。

2 缺陷分析與改進措施

2.1 工件車刀紋粗大

軸承套圈車削完成后，發現端面有非常明顯的粗大車刀紋（見圖1）。產生這種缺陷的主要原因是車削刀具選用不合理，如刃口形狀、角度不正確（如刀頭太尖等），甚至刃口有缺陷；進刀速度快，進給量選擇不合理；主軸的間隙大，車削過程中產生振動；材料硬度不合格，如果套圈鍛件太硬或太軟，則也會出現刀紋粗大問題[1]。

圖1 端面車刀紋粗大

針對該問題采取的改進措施如下。

1）選擇合適的車削刀具、合理的進刀速度，調整機床主軸間隙在合適的范圍。

2）要求軸承套圈鍛件球化退火后硬度在合格范圍之內（如GCr15軸承鋼退火硬度為88～94HRB），這樣可避免因硬度不合格而導致的車削刀紋粗大問題。

3）改善機床的剛度，避免機床、工件及刀具在車削過程中產生振動。

4）對于端面有明顯車刀紋的軸承套圈，挑出來做報廢處理，決不能流入下道工序。

2.2 工件墊傷

數控車削后的軸承套圈端面或外徑某部位有明顯的凹坑，稱為車削墊傷。這種墊傷一般有幾件或更多件，并且在同一位置。端面墊傷如圖2所示，外圓墊傷如圖3所示。

圖2 端面墊傷

圖3 外圓墊傷

產生這種缺陷的主要原因是軸承套圈在車削過程中，切屑粘在夾具上，堅硬的切屑在強大的夾具夾持力作用下被壓入套圈平面或外徑部位，導致平面或外徑有凹坑。

針對該問題的改進措施如下。

1）在每一臺數控車床上配備一部高壓氣槍，要求每一位操作人員在車削套圈過程中，每車削完一件，用高壓氣槍吹掃夾具，去除夾具上的切屑，防止因切屑粘在夾具上而導致工件端面出現墊傷。

2）發現端面有明顯墊傷的軸承套圈必須做報廢處理，不得流入下道工序。

2.3 工件放偏

車削加工完成的軸承套圈，經熱處理磨削加工后，發現端面有一部分留有黑皮（見圖4）。產生這種缺陷的主要原因是在數控車削加工過程中，定位環上可能存有切屑，或者在工件夾緊時工件放偏，造成裝夾定位不準確。

圖4 端面留有部分黑皮

針對該問題的改進措施如下。

1）內圈裝夾前用高壓氣槍吹掃夾具，保持夾具干凈清潔，確保工件定位準確。

2）要求操作人員在加工過程中用儀表檢驗加工后的軸承內圈車削件，發現有工件放偏的軸承內圈后及時查找原因，并挑出放偏的內圈做報廢處理。

2.4 車削瘤

數控車削加工后的軸承套圈裝配大倒角部位的車削瘤（見圖5），粘在軸承零件表面，凸起的車削瘤產生硬度較高的金屬粘附物，形成致密的顆粒，高度1.0mm，面積在1.5mm2左右，因不易去除而嚴重影響外觀質量。產生這種缺陷的主要原因是車削用成形刀口崩刃，出現局部缺口，使加工表面形成絨狀車削瘤。由于軸承套圈鍛件硬度不均勻，故容易引起機床振動而使刀具磨損加劇并產生車削瘤[2]。

圖5 車削瘤

針對該問題的改進措施如下。

1）選擇合適的車削刀具、合理的進刀速度，避免刀口崩刃。

2）對車削刀具使用壽命進行管控，在達到刀具使用壽命之前必須更換刀具。

3）嚴格控制球化退火質量，要求軸承套圈鍛件球化退火后硬度均勻并在合格范圍之內（如GCr15軸承鋼退火硬度88～94HRB），避免因硬度不均勻引起整個工藝系統的振動而使刀具磨損加劇并產生車削瘤。

2.5 車削件裝配倒角處留筋

數控車削后的軸承套圈裝配倒角部位留筋（明顯的車刀紋）如圖6所示。產生這種缺陷的主要原因是倒角部位車削量大，排屑不暢；機床主軸跳動過大，主軸軸承游隙過大，造成加工倒角留筋。

圖6 裝配倒角處留筋

針對該問題的改進措施如下。

1）在編制倒角加工程序時，增加一次精車走刀，留加工余量0.05～0.10mm，以降低倒角的表面粗糙度值。

2）定期對機床設備的精度進行檢測，確保機床精度合格。

3）發現軸承套圈裝配倒角部位留筋（明顯的車刀紋）后，應用數控車床返工，車削除去倒角部位的留筋。

2.6 車削振紋

數控車削后的軸承套圈外徑部位有明顯的車削振紋（見圖7），表面呈現細小的紋路，外觀表面粗糙度值Ra=25μm左右。產生這種缺陷的主要原因是車削加工過程中車刀剛度不足，切削力過大，造成車刀“發振”，使工件表面產生振紋；另外，毛坯留量偏大或不均勻（可能是橢圓度超差），會使刀具因受交變切削力沖擊而發振；車削加工過程中切削量選擇不當，吃刀量過大，產生了車削振紋。

圖7 車削振紋

針對該問題的改進措施如下。

1）嚴格控制軸承套圈鍛造毛坯的橢圓變形，在車削加工之前，對軸承套圈鍛造毛坯橢圓進行全檢，挑出橢圓度超差的不合格品。

2）對橢圓度不合格品選用合理的車削量，必要時增加車削次數，由一次走刀改為二次走刀加工。

3）車削后將軸承套圈外徑存在振紋的工件挑出，在后工序磨削加工時單獨進行加工。

2.7 車削倒角異常

數控車削完成后的軸承外圈裝配倒角異常。正常情況下倒角圓滑過渡如圖8所示，而異常軸承外圈倒角有一深度2.0mm、寬度3.0mm左右的溝槽（見圖9）。產生這種缺陷的主要原因是由于操作人員對系統不熟悉，在車削加工過程中隨意調整刀補，因此造成正在加工的產品倒角異常。

圖8 正常倒角圓滑過渡

圖9 異常倒角溝槽缺陷

針對該問題的改進措施如下。

1）對操作人員進行培訓，嚴格按照正確的方式進行操作。

2）在程序運行結束后再調整。

2.8 軸承零件擋邊低

數控車削后的軸承套圈，經熱處理、磨削后，發現擋邊部位留有車刀紋（見圖10）。對產品進行切片分析，測量溝底的高度及平行差、倒角坐標尺寸等參數，得出的結論是該產品的擋邊高度尺寸偏低0.05～0.10mm（見圖11）。產生這種缺陷的主要原因是在換型號時的試機產品或因調整刀補錯誤而造成的。正常情況下這件不合格品應隔離并放入指定的廢品箱內，但最終有可能是因錯放而造成流入下一工序。

圖10 擋邊留有車刀紋

圖11 擋邊高度尺寸偏低

針對該問題的改進措施如下。

1）對加工過程中產生的各種不合格品進行區分隔離，返工品和廢品分別放入指定的容器，避免錯放。

2）操作人員發現不合格品后，應對之前的產品往前追溯檢驗，若出現不合格的情況，應對整箱產品進行全檢，杜絕不合格品流入下一工序。

2.9 油溝不符合圖樣要求

數控車削后的軸承套圈，經熱處理、磨削后，發現大擋邊油溝不符合圖樣要求。經對此件不合格品進行切片投影分析（油溝缺陷見圖12），擋邊外徑、擋邊倒角等均符合要求，說明擋邊總高度沒有超差，只是在加工油溝時發生了位移，使得油溝徑向坐標小、軸向坐標大。產生這種缺陷的主要原因是在換型號時的試機產品意外調整刀桿時造成的[3]。

圖12 油溝缺陷

針對該問題的改進措施如下。

1）車工部應對加工過程中產生的各種不合格品進行區分隔離，避免因錯放而造成漏返工或錯返工。

2）對返工后的產品按返工程序執行全數檢驗，杜絕不合格品流入下一工序。

3 結束語

本文對軸承套圈數控車削加工過程中可能產生的主要缺陷進行了分析，并有針對性地提出預防糾正措施，期望能對提高軸承套圈數控車削質量起到拋磚引玉的作用。但是在實際生產中情況是十分復雜的，需要針對不同的情況進行具體的分析，只有這樣才能保證數控車削軸承套圈的質量。

專家點評

文章圖文清晰、通俗易懂，以實例分析方式，對軸承套圈數控車削過程中的9種常見缺陷進行分類整理和原因分析，因地制宜地提出具體的預防和改進措施，對提高軸承套圈車削質量起到了一定的指導作用。