改善大型薄壁軸承套圈平面度的磨削方法

張亞輝，楊世誼，張德穎

(洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

1 存在問(wèn)題

軸承套圈端面磨削是磨削加工的第一道工序，套圈端面是后工序磨削加工的基準(zhǔn)面，因此，套圈端面加工精度將直接影響整套軸承的加工精度。同時(shí)，套圈端面也是軸承安裝時(shí)的基準(zhǔn)面，端面質(zhì)量也將直接影響軸承在主機(jī)上的裝配精度，進(jìn)而影響軸承的使用性能與壽命。

大型軸承套圈一般在電磁圓臺(tái)平面磨床上進(jìn)行端面磨削。電磁圓臺(tái)平面磨床通過(guò)電磁工作臺(tái)的磁力對(duì)工件進(jìn)行定位，定位操作方便，適用范圍廣，生產(chǎn)效率高。但大型薄壁類(lèi)軸承套圈由于壁厚較薄，剛度不足，在車(chē)削加工，熱處理淬、回火等過(guò)程中容易產(chǎn)生變形，這種變形反映在平面方向，就是套圈的翹曲程度，又稱(chēng)為平面度。薄壁套圈存在平面度誤差，在圓臺(tái)平面磨床上磨削時(shí)，套圈端面方向的彎曲會(huì)在電磁工作臺(tái)磁力作用下隨磁盤(pán)平面產(chǎn)生彈性變形，磨削結(jié)束磁力退去后套圈在自身應(yīng)力的作用下又恢復(fù)變形(圖1)，因此，薄壁套圈的平面度誤差無(wú)法在正常磨削過(guò)程中消除。

圖1 薄壁套圈電磁固定狀態(tài)示意圖

2 常用工藝方案

針對(duì)薄壁套圈在電磁工作臺(tái)磁力作用下發(fā)生彈性變形，無(wú)法磨削消除平面度誤差的問(wèn)題，常采用以下解決方案。

2.1 墊塞尺或紙片法

首先檢測(cè)薄壁軸承套圈的原始平面度，并標(biāo)識(shí)具體數(shù)值于薄壁套圈端面上。接著，在電磁工作臺(tái)上磁前，于薄壁套圈平面上翹最大的部位(已作標(biāo)示)正下方墊相應(yīng)厚度的塞尺或紙片，如最大上翹部位測(cè)量結(jié)果為上翹0.20 mm，則墊上0.20 mm塞尺或紙片。最后，工作臺(tái)上磁，開(kāi)始磨削加工。電磁工作臺(tái)上磁后塞尺或紙片可以阻止軸承套圈在磁力作用下產(chǎn)生彈性變形，使上翹的部位保持原凸起狀態(tài)，磨削時(shí)先接觸到砂輪，上翹部位被砂輪逐漸磨低，如圖2所示。

圖2 翹起部位墊塞尺的磨削方法示意圖

這種磨削方法可以使薄壁套圈每次磨削后的平面度誤差減小，特別是原始平面度誤差較大時(shí)，改善效果更加明顯。假如薄壁套圈的原始平面度為0.50 mm，通過(guò)這種方法只需反復(fù)磨削三四次，平面度就能達(dá)到0.03～0.05 mm。然而此磨削方法受塞尺厚度、測(cè)量準(zhǔn)確性以及操作者的技能水平等條件的限制，很難達(dá)到高精度套圈的要求，常適用于粗磨階段。

2.2 微磁力磨削

通過(guò)減小磁盤(pán)工作臺(tái)的磁力來(lái)減小薄壁套圈的彈性變形，由于磁力較小，為防止軸承套圈脫離工件盤(pán)，采用小進(jìn)刀量，減小磨削力。通常在工件周?chē)鷫|幾塊已磁化的擋塊，用擋塊阻止工件脫離工作臺(tái)中心。該方法由于進(jìn)刀量小，可用于P5軸承套圈的精磨，但效率較低。由于微小磁力的存在，薄壁套圈仍有輕微的彈性變形，無(wú)法達(dá)到更高精密軸承套圈的平面度要求。

3 改進(jìn)后方案

為避免薄壁軸承套圈在工作臺(tái)磁力作用下變形，采取電磁工作臺(tái)不上磁，用一對(duì)徑向支承來(lái)定位工件。徑向支承的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1—緊固螺釘；2—機(jī)床床身；3—水平支承桿；4—支承；5—磁盤(pán)；6—連接體Ⅰ；7—螺釘；8—豎直支承桿；9—緊固螺釘；10—連接體Ⅱ

徑向支承的豎直支承桿可以上下移動(dòng)，調(diào)整用于不同寬度套圈的磨削；水平支承桿可以水平移動(dòng)，調(diào)整用于不同外徑尺寸套圈的磨削。此定位方式下薄壁套圈在電磁工作臺(tái)上成自由狀態(tài)，無(wú)彈性變形，砂輪在磨削過(guò)程中先與工件上翹部位接觸，將工件逐漸磨平。加工完一端平面后，用同樣的方法磨削另一端面，反復(fù)幾次，逐漸減小平面度誤差，達(dá)到套圈的精度要求。

采用的徑向定位方式，套圈軸向無(wú)固定，一定要控制進(jìn)刀量，以減小磨削力和磨削變形。進(jìn)刀量一般控制在0.003 mm以下，通過(guò)小進(jìn)刀量磨削來(lái)逐步改善套圈平面度。但該磨削方法效率較低，只適用于終加工改善精度。

4 加工實(shí)例

某型號(hào)薄壁軸承套圈終磨端面的寬度變動(dòng)量和平面度要求均為0.007 mm，套圈終磨端面前的寬度變動(dòng)量和平面度檢測(cè)結(jié)果均約為0.03 mm。采用微磁力光磨方法精磨4個(gè)工件，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，磨削后套圈寬度變動(dòng)量合格，但平面度仍超差，達(dá)不到工藝要求。

表1 有磁力磨削工件檢測(cè)結(jié)果 mm

采用改進(jìn)后方案，工作臺(tái)不上磁，徑向定位磨削套圈，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2，套圈寬度變動(dòng)量與平面度均能達(dá)到工藝要求。

表2 無(wú)磁力磨削工件檢測(cè)結(jié)果 mm

5 結(jié)束語(yǔ)

薄壁套圈由于磨削留量較大，粗磨后將會(huì)產(chǎn)生一定的磨削應(yīng)力和磨削變形，附加回火去應(yīng)力后，變形會(huì)更加明顯。因此，薄壁套圈在終磨前一定要檢測(cè)端面精度，如果變形較大，需要先通過(guò)墊塞尺的磨削方法提高精度，再進(jìn)行無(wú)磁力磨削，最終達(dá)到工藝要求。