NJ系列圓柱滾子軸承雙擋邊超精工藝改進

高武正，劉旗，奚強

(1.洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術重點實驗室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039)

NJ系列圓柱滾子軸承為內圈單擋邊、外圈雙擋邊結構，主要承受徑向載荷和一定的軸向載荷，廣泛用作國內高速機車、客車車輛輪對軸承[1]。隨著國內軌道交通和高速鐵路的發(fā)展，帶擋邊圓柱滾子軸承的軸向承載能力受到重視，對擋邊的強度以及滾子端面與套圈擋邊的滑動摩擦問題進行了不斷優(yōu)化和改進[2]。其中，軸承擋邊的表面質量直接決定擋邊的強度以及滾子端面與套圈擋邊的滑動摩擦，影響軸承的軸向承載能力，進而影響軸承的高速性能與使用壽命。因此，一般情況下，此類軸承擋邊加工中均以超精工藝作為最終工序，以提高擋邊的最終表面質量。

1 雙擋邊超精加工介紹

目前NJ系列圓柱滾子軸承外圈雙擋邊采用了BS213XL超精機進行加工(圖1)。該機床擁有2個擋邊超精單元，套圈為立式擺放。2個超精單元擁有共同的通過套圈徑向方向的x數(shù)控軸和各自獨立的平行于套圈軸向的z數(shù)控軸，通過x，z數(shù)控軸將超精油石送入超精位置；左側的油石超精下?lián)踹?，右側的油石超精上擋邊；氣壓浮動壓在擋邊上，通過套圈的旋轉以及油石的高頻振蕩，兩者運動疊加實現(xiàn)擋邊的超精。可以通過控制超精的時間長短來控制擋邊質量，通常此類軸承擋邊要求表面粗糙度Ra≤0.1 μm。

圖1 NJ系列外圈雙擋邊超精示意圖

2 存在問題及原因分析

2.1 存在問題

實際加工NJ3226X1外圈過程中發(fā)現(xiàn)，目測上、下?lián)踹吘锌拷鼭L道側未超精到或超精程度不夠的現(xiàn)象(或稱超精不到邊)，通過擋邊表面粗糙度測試驗證，與外觀目測一致，內外側擋邊表面粗糙度不同，內側擋邊表面粗糙度值大于外側，接近磨削狀態(tài)，表明內側擋邊超精不到邊。

2.2 原因分析

根據(jù)經(jīng)驗，通常造成擋邊內側出現(xiàn)超精不到邊現(xiàn)象的主要原因有：

1)套圈旋轉不穩(wěn)定，導致?lián)踹叧霈F(xiàn)部分超精不到邊；

2)油石超精位置設置錯誤，導致最大振幅處距離滾道的距離大于擋邊油溝的尺寸；

3)油石不均勻；

4)油石振蕩過程產(chǎn)生的影響。

結合實際情況進一步分析，尋找具體產(chǎn)生問題的原因：

1)目測擋邊未超到邊現(xiàn)象在圓周上呈均勻分布，因此，排除套圈旋轉不穩(wěn)定因素；

2)通過多次驗證，油石最大振幅距滾道距離為0.5 mm，擋邊油溝尺寸為R1.5 mm，因此，排除油石超精位置錯誤的因素；

3)通過多次更換不同批次的油石，均有超精不到邊的現(xiàn)象出現(xiàn)，排除油石不均勻的因素。

綜上，初步確定超精不到邊的原因可能為油石振蕩過程產(chǎn)生的影響。

2.3 油石振蕩對表面質量的影響

采用圖形模擬法(圖2、圖3)分析擋邊與油石的位置，發(fā)現(xiàn)不合適的油石形狀和振蕩幅度是造成擋邊未超精到邊的主要原因。由于上、下?lián)踹叧珕卧笥彝耆珜ΨQ，僅以一側擋邊為例進行分析，另一側擋邊情況類似。

由于雙擋邊一起加工，擋邊超精單元需要獨立上下運動，導致超精時兩超精油石分別在水平剖面中心線的兩側，其中下?lián)踹叧珪r上下限位與擋邊位置的水平剖面圖以及放大細節(jié)圖如圖2、圖3所示。油石在超精過程中疊加的振蕩運動沿圖示方向幅度為2 mm，油石上限位離滾道為0.5 mm(圖3)，由于油石所在的擋邊為圓弧形，超精時油石與擋邊的接觸面積靠近滾道側小，遠離滾道側大；油石下限位加上振幅距離滾道為2.5 mm，此時油石與擋邊大約距離1 mm(未接觸)，而且剩余的接觸面也是里側小外側大，由此可見整個油石振蕩過程中，靠近滾道的里側擋邊與油石的接觸面積小于外側的接觸面積。在一定的壓力下，油石與擋邊接觸的面積越大所獲得的超精表面質量越好，所以，在油石振蕩過程中，擋邊里外側與油石的接觸面積不同是造成擋邊表面里外超精質量不同的主要原因。而且超精時間長短不同，也會使擋邊里外側的超精質量差別更大，在實際生產(chǎn)中也驗證了這種情況。

圖2 超精中油石與擋邊位置示意圖

圖3 超精中油石上、下極限位與擋邊位置示意圖

3 解決方案

根據(jù)問題產(chǎn)生的原因，通過改變油石的裝夾形狀以及改變油石的振蕩幅度(圖4)，使油石振蕩過程中油石與擋邊的接觸面積保持一致，從而保證了擋邊里外側超精質量的一致性。具體做法為：根據(jù)加工工件以及油石位于水平剖面中心線的距離，按圖示尺寸修整油石裝夾后的形狀；再根據(jù)工件擋邊油溝的大小，改變油石的振蕩幅值，保證超精過程中油石在上限位、下限位與擋邊的接觸面積一致。相同的，以此類推，另外一側擋邊位于水平剖面的右側，根據(jù)做圖法模擬，修整油石裝夾后的形狀，保證超精時油石與擋邊里外側的接觸一致,從而保證上下兩擋邊的超精質量。

圖4 改進后的油石形狀與振幅示意圖

4 結束語

經(jīng)過工藝試驗，使用改進后的方案，在圓柱滾子軸承雙擋邊超精中，沒有再出現(xiàn)擋邊未超精到邊的現(xiàn)象，擋邊的超精質量均勻穩(wěn)定。由于油石需根據(jù)圖紙手工修磨，未來可設計一套變角度油石夾解決手工修磨問題，以提高效率。