帶窄小越程槽的薄壁圓柱滾子軸承內(nèi)圈加工工藝改進

薛雪，孫慧廣，溫麗超，孫儉峰

(1.中國航發(fā)哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150025；2.空軍裝備部駐哈爾濱第一軍事代表室，哈爾濱 150025)

圓柱滾子軸承的滾子與滾道之間為線接觸，承載能力較高，廣泛應(yīng)用于機床、汽車等領(lǐng)域，套圈越程槽尺寸對該類軸承性能有重要影響，對于難加工的窄小越程槽，越程槽尺寸超差會使軸承擋邊間隙減小，滾子偏擺并與擋邊異常碰撞，進而產(chǎn)生淺層剝落[1]。該類軸承滾道和滾子的加工技術(shù)已十分成熟，但對帶擋邊套圈越程槽的加工方法還有待改進。

1 常規(guī)加工方法及存在的問題

以某中央錐齒輪傳動薄壁圓柱滾子軸承內(nèi)圈為研究對象，該類軸承屬于薄壁超輕系列，壁厚為2.25 mm，徑厚比為0.045，材料為8Cr4Mo4V高溫軸承鋼。為減小材料去除量，提高滾道的抗變形能力，越程槽設(shè)計為窄小結(jié)構(gòu)，如圖1所示，軸向?qū)挾葹?.4 mm，軸向深度為0.1 mm，徑向?qū)挾葹?.3 mm，徑向深度為0.2 mm。

常規(guī)內(nèi)圈加工工藝流程為：細(xì)車非基面、內(nèi)徑面，非基面倒角→細(xì)車基面、內(nèi)外徑面，基面倒角→車滾道面、擋邊面→去擋邊銳角→車越程槽→熱處理→粗磨循環(huán)→細(xì)、終磨循環(huán)→精研滾道→清洗。越程槽采用切槽刀(圖2)加工，刀尖圓弧半徑為0.2 mm，進刀角度為45°。

采用上述工藝加工的越程槽合格率僅為40%，分析認(rèn)為其主要影響因素為：

1)車加工的擋邊厚度散差、滾道散差、端面散差及裝夾變形均會影響越程槽尺寸；

2)熱處理變形(主要為橢圓和彎曲)會導(dǎo)致越程槽軸向?qū)挾瘸叽缭趫A周方向的散差達到0.1 mm，后續(xù)磨削滾道和擋邊時會造成越程槽尺寸超差。

此外，考慮尺寸散差、熱處理變形對越程槽尺寸的影響時，通過理論計算發(fā)現(xiàn)車加工的越程槽軸向?qū)挾冉咏?。精研滾道時由于越程槽過窄，油石振幅小，滾道與越程槽的交點處會產(chǎn)生翹曲，滾道素線呈W形(圖3)，滾道素線直線度超差[2-3]。

2 加工工藝改進

2.1 工藝優(yōu)化

工藝改進如下：

1)在車加工成形后增加軟磨端面工序，軟磨端面尺寸公差控制在±0.01 mm以內(nèi)，平行差不大于0.02 mm；

2)車擋邊工序由控制基面擋邊厚度和擋邊間距改為控制兩側(cè)擋邊厚度，保證兩側(cè)越程槽軸向深度和軸向?qū)挾纫恢拢?/p>

3)為控制熱處理和磨加工對越程槽尺寸的影響，在精研滾道前增加硬車越程槽工序。

新工藝流程為：細(xì)車非基面、內(nèi)徑面，非基面倒角→細(xì)車基面、內(nèi)外徑面，基面倒角→軟磨端面→細(xì)車滾道面、擋邊面→去擋邊銳角→車越程槽→熱處理→粗磨循環(huán)→細(xì)、終磨循環(huán)→硬車越程槽→精研滾道→清洗[4]。

2.2 硬車越程槽工藝

2.2.1 刀具

刀具由鑲片式PCBN改進而成，型號為WCB30 CCMW060204，刀桿為標(biāo)準(zhǔn)25 mm×25 mm外圓刀桿。經(jīng)計算，刀具夾角為27°，主偏角為46°時，既能增加越程槽的軸向?qū)挾群蛷较驅(qū)挾龋帜芙鉀Q滾道素線直線度超差的問題，加工效果最佳。

2.2.2 硬車削參數(shù)

硬車是通過使剪切部分的材料退火變軟而形成切屑，若澆注冷卻液，會減小由切削力而產(chǎn)生的切削效果，故一般采用干車削。工件硬度越高，切削速度越小，推薦切削速度為10～150 m/min；進給量由表面粗糙度要求和生產(chǎn)效率確定，取0.02～0.2 mm/r。在保證越程槽尺寸精度和表面質(zhì)量的前提下，通過試驗確定切削參數(shù)為：切削速度50 m/min，進給量0.02 mm/r。

2.2.3 夾具

硬車越程槽時一般采用三爪卡盤夾緊套圈內(nèi)徑面，由于零件內(nèi)徑面已為成品尺寸，后續(xù)不再加工，為增大夾緊面積，確保內(nèi)徑面不會因三爪卡盤的夾緊而變形，薄壁零件一般選用扇形卡爪，但卡爪并不會和零件完全“合圓”，部分夾緊面為點接觸，內(nèi)徑面圓度易超差[5]。為使卡爪外徑面和套圈內(nèi)徑面更好配合，增大夾緊面積，使夾緊力均勻分布在工作面上，增大了1/3的扇形面，并在扇形面中心銑寬9 mm的U形槽，將三面接觸改為六面接觸(圖4)。

3 實際加工效果

采用CY-K32數(shù)控車床，夾緊力為0.2 MPa，采用新的工藝后，越程槽尺寸合格率由40%提高至100%，滾道素線直線度由1.3～2.7 μm降至0.8～1.4 μm，效果良好。