平底推力球軸承軸圈斜面加工工藝改進

王文雪，孫劍鋒，劉勇

(中國航發(fā)哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150025)

1 軸承結(jié)構(gòu)和加工難點

平底推力球軸承由軸圈、座圈、帶或不帶保持架的鋼球組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示，屬于分離型軸承，僅承受軸向載荷，不能承受徑向載荷，主要用于柱塞泵、減速器、螺旋升降機等機械設(shè)備[1-2]。除溝道與鋼球表面作為工作面外，軸圈斜面也可作工作面，例如在柱塞泵中，軸圈斜面將柱塞從缸體中拉回或推出，完成吸、排油過程，因此要求斜面具有較高精度與柱塞配合，斜面加工精度嚴(yán)重影響配合性能。

圖1 平底推力球軸承結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of flat-bottomed thrust ball bearing

某型平底推力球軸承軸圈材料為8Cr4Mo4V，其韌性高、磨削性能差，加工難點為：軸圈斜面加工后表面質(zhì)量不穩(wěn)定，斜面的平行差、表面粗糙度、角度等不能完全保證，加工精度差，返修率高。

2 原工藝存在的不足

軸圈斜面原加工方法最后一道工序采用普通磨床M8861F，磨料為砂紙，加工精度及效率低，需要依靠人工經(jīng)驗和設(shè)備自身刻度來確定磨削進給量，致使加工后軸圈斜面的表面粗糙度、角度和平行差不能滿足工藝要求。

1)表面粗糙度

軸承的耐磨性、耐蝕性、抗疲勞性、可靠性及壽命在很大程度上取決于零件的表面質(zhì)量。原加工工藝中的磨料為砂紙，主要依靠人工目測來辨別磨料的性能，砂紙缺陷多，易磨損。在使用砂紙初期，磨料完整，與工件摩擦力大，磨削量大；隨著磨料的磨損，砂紙與工件表面摩擦力逐漸減小，磨削量也會減小，雖然按一定的進給量磨削，但由于砂紙的使用頻率不同，依靠人工無法精確辨別，導(dǎo)致不同軸圈斜面的表面粗糙度值差別較大，軸圈表面質(zhì)量不穩(wěn)定。

軸承配合表面越粗糙，越易磨損，工作過程中間隙會逐漸增大，影響軸承振動；軸承配合表面粗糙，對應(yīng)力集中較為敏感，會降低軸承的疲勞強度，且伴有摩擦生熱，降低軸承接觸剛度。因此，軸承配合表面粗糙度值越小越好，且要與軸的表面粗糙度相匹配。

2)斜面角度

采用M8861F磨床進行垂直磨削，斜面角度一直不能保證，這是因為斜面角度工藝要求控制為0～40′，而目前磨削角度控制主要靠設(shè)備刻度及工人經(jīng)驗，人為影響因素大，不能保證范圍較小的磨削角度。

3)斜面平行差

使用M8861F磨床加工軸圈斜面需要人工推拉設(shè)備，導(dǎo)致砂紙在工件表面的作用力不同，同一平面內(nèi)的斜面高度差較大，不能滿足工藝要求。

3 加工工藝改進

針對原加工工藝存在的不足，通過更換設(shè)備、選用不同磨料、調(diào)整加工工藝參數(shù)等方式進行改進。

3.1 更換設(shè)備，重新設(shè)計工裝

改進采用加工精度遠高于普通磨床的數(shù)控精研機BS212R，以減小人為因素的影響。重新設(shè)計工裝如圖2所示，使加工軸圈以外徑面支承、端面滾輪壓緊的方式裝夾，斜面角度為150°～160°，并保證油石端面與被加工斜面平行。

圖2 工裝示意圖Fig.2 Diagram of tooling

3.2 磨料選用CBN油石

珩磨不銹鋼、高強度鋼、高溫合金、耐熱鋼時，常選用立方氮化硼(CBN)油石[1]。CBN油石的粒度及一致性遠高于砂紙，且BS212R精研機的珩磨振動頻率高，因此，加工后軸圈斜面的表面粗糙度值小，加工一致性好。

CBN油石的粒度、硬度和濃度根據(jù)工件材料和工件的表面質(zhì)量要求進行選取。工件表面粗糙度要求與磨料粒度選擇的對應(yīng)關(guān)系見表1。一般情況下油石的硬度應(yīng)低于砂輪，以保證油石在珩磨過程中的自銳性，CBN油石的硬度選用M～S(中～硬1)，油石的硬度應(yīng)低于工件材料的硬度。油石一般采用樹脂結(jié)合劑，油石濃度有150%(1.32 g/cm3)，100%(0.88 g/cm3)，75%(0.66 g/cm3)和50%(0.44 g/cm3)4種，與工件材料硬度和油石粒度有關(guān)，工作材料硬度高、油石粒度粗，選高濃度油石，反之，則選低濃度；油石長度一般為1.5倍孔徑，珩磨輪直徑一般為φ50～120 mm。

表1 磨料粒度選擇對照表Tab. 1 Selection of abrasive grain

3.3 加工參數(shù)調(diào)整

根據(jù)最終軸圈斜面質(zhì)量要求進行粗研、精研和超精研時工件轉(zhuǎn)速和油石振動主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)整，參數(shù)調(diào)整范圍見表2。

表2 研磨加工參數(shù)調(diào)整范圍Tab.2 Adjustment range of grinding process parameters

4 改進效果

對采用此工藝方法加工的平底推力球軸承軸圈隨機抽取5件進行表面粗糙度、斜面角度和平行差的測量,檢測數(shù)據(jù)見表3。

表3 檢測數(shù)據(jù)Tab.3 Testing data

由表3可知，改進工藝后所有軸圈斜面表面粗糙度、斜面角度、平行差均滿足工藝要求。加工過程中采用CBN油石的粒度小，軸圈斜面的表面質(zhì)量穩(wěn)定，紋理均勻，精研后的斜面粗糙度顯著提高且數(shù)值穩(wěn)定；BS212R精研機的油石加工平面可調(diào)節(jié)與加工斜面角度相同，保證了軸承斜面角度；精研機恒壓、油石振動轉(zhuǎn)速高，油石精研振動小，且加工工件旋轉(zhuǎn)速度高，基面穩(wěn)定度好，在軸承旋轉(zhuǎn)時對加工范圍內(nèi)斜面的精研效果一致性好，保證了軸圈斜面平行差；且改進后加工效率大大提升。