控制薄壁軸承套圈加工端面翹曲的工藝改進(jìn)

葉亞飛，李凌鑫，張中元，崔靜偉，杜治國

(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(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039)

薄壁軸承是所有尺寸系列中壁厚最薄的一種軸承，其外、內(nèi)徑尺寸比通常小于1.143[1-2]。由于薄壁軸承具有長徑比小、體積小和質(zhì)量小的特點(diǎn)，有助于減小儀器和設(shè)備的體積、質(zhì)量和總成本，常被用于需要精確控制或旋轉(zhuǎn)軸拆卸位置苛刻的地方。

有關(guān)薄壁軸承套圈加工中存在的工藝難點(diǎn)及解決辦法以前的文獻(xiàn)多有論述[3-4]。文中僅對薄壁軸承套圈多件合鍛(2件以上)磨削加工時如何有效控制端面翹曲進(jìn)行分析和討論，并提出一種有效的加工方法，使薄壁軸承套圈的加工精度得到保證。

1 端面翹曲的不利影響

軸承套圈端面在磨削加工中作為加工的定位基準(zhǔn)，磨端面是套圈磨削加工的第1道工序。套圈可以看作是彈性元件，溝道磨削中如果套圈存在翹曲變形，上磁后套圈基準(zhǔn)端面即緊貼磁極端面，溝道磨削并退磁后套圈又恢復(fù)原狀，套圈基準(zhǔn)端面翹曲仍然存在，會對套圈溝道對基準(zhǔn)端面的跳動產(chǎn)生不利影響。

在薄壁軸承的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，雖然對套圈端面翹曲沒有明確的規(guī)定，但是在工藝編制和加工過程中要嚴(yán)格控制套圈端面翹曲[5]。如果端面翹曲過大或翹曲形狀不規(guī)則，會影響后續(xù)溝道加工，造成溝道對端面跳動值變大，產(chǎn)生廢品。

2 套圈合鍛工藝對端面翹曲的影響

薄壁軸承套圈鍛造通常采用多件(2件或以上)合鍛工藝，不僅能節(jié)約原料和降低成本，還可以最大限度地減小熱處理過程中套圈原始端面翹曲，為后續(xù)套圈磨削加工糾正和控制套圈端面翹曲提供有效保證。按照軸承尺寸、模具結(jié)構(gòu)和鍛造設(shè)備的不同，中大型薄壁軸承套圈鍛造一般采用2件、3件、4件，甚至5件一起合鍛。

多件合鍛的套圈加工中需進(jìn)行剖分,通常為多件合鍛套圈粗磨1遍后，用線切割機(jī)床剖分，1次完成。套圈1次定位線切割剖分后，未考慮機(jī)床定位和加工精度對套圈尺寸和公差的影響。粗磨后2件以上合鍛套圈線切割剖分時，由于機(jī)床本身的x,y運(yùn)動導(dǎo)軌不垂直，且固定套圈的定位基準(zhǔn)面與機(jī)床的鉬絲走線方向不能完全平行，在機(jī)床有效行程空間上會產(chǎn)生交叉，導(dǎo)致線切割剖分完成后中間套圈的兩端面因線切割剖分而不平行。中間套圈的徑向截面可能呈平行四邊形、梯形或不規(guī)則形狀，其端面基準(zhǔn)與粗磨后原套圈基準(zhǔn)端面和內(nèi)、外徑的相對位置已發(fā)生變化，端面基準(zhǔn)被破壞，即中間套圈沒有基準(zhǔn)端面，套圈端面與內(nèi)、外徑面產(chǎn)生較大的垂直差。

另外,剖分后套圈的高度尺寸越來越小，加之套圈存在殘余內(nèi)應(yīng)力，線切割剖分后套圈端面翹曲仍然存在，后續(xù)套圈高度和內(nèi)、外徑面加工工序等因磨削留量不足而產(chǎn)生廢品。

3 解決措施及應(yīng)用

優(yōu)化薄壁軸承套圈加工工藝是解決套圈端面翹曲的根本方法，通過調(diào)整和細(xì)化磨削加工工藝，并選用合適的加工設(shè)備，在磨削加工工藝中逐步控制，解決了軸承的端面翹曲問題。以某型號P4精度角接觸球軸承(表1)為例，說明薄壁軸承端面翹曲和多件合鍛(2件以上)磨削加工時工藝控制方法。

表1 軸承相關(guān)參數(shù)

3.1 原磨削加工工藝

采用3件合鍛工藝的軸承套圈熱處理后，原工藝為：初磨端面→初磨外徑面→初磨外內(nèi)徑面→線切割→粗磨端面→粗磨外徑面→粗磨外內(nèi)徑面→粗磨外溝→酸洗→探傷→穩(wěn)定處理→加工倒角。熱處理后，3件合鍛套圈(圓筒狀)內(nèi)、外圈端面的原始翹曲實(shí)測值見表2。

表2 套圈端面原始翹曲實(shí)測結(jié)果

由表2可以看出，套圈的原始端面翹曲值很大，而且比較分散。通過對套圈原始端面翹曲的測量，并進(jìn)行高度尺寸分組，以便在后續(xù)磨削中獲得最佳的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 改進(jìn)后的磨削加工工藝

為保證線切割剖分后套圈的形位公差和尺寸公差，并適度控制端面翹曲，必須改進(jìn)磨削加工工藝，改進(jìn)后的工藝為：粗磨端面→粗磨外徑面→粗磨外內(nèi)徑面→酸洗→探傷→穩(wěn)定處理→粗研端面→線切割→精磨端面→精磨外徑面→精磨外內(nèi)徑面→粗磨外溝→粗磨斜坡→酸洗→探傷→穩(wěn)定處理→加工倒角。根據(jù)零件加工需要，需組合采用MKD7675二工位往復(fù)式數(shù)控雙端面磨床，MB43100和ELC1200平面研磨機(jī)研磨套圈。

對薄壁軸承套圈磨削加工工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn),具體方法如下：

1)熱處理后的套圈在粗磨加工第1遍后增加粗研端面工序，控制端面翹曲、尺寸差和平行差滿足工藝要求。

2)對于3件合鍛套圈，線切割剖分時要分步實(shí)施，每剖分1次，需對剖分后的套圈進(jìn)行研磨，使端面翹曲滿足工藝要求,并控制零件的高度尺寸和平行差在工藝要求的范圍內(nèi)。采用套圈1/3高度剖分→分別研磨1/3高度和2/3高度剖分套圈端面→對2/3高度套圈進(jìn)行1/2高度剖分→研磨端面的部分和研磨順序(圖1)，經(jīng)過上述加工后3件合鍛套圈即剖分為單個套圈。

該工序結(jié)束后套圈加工精度基本滿足工藝要求：單個套圈端面翹曲和平行差的最大值控制在成品套圈工藝要求的1.3倍以內(nèi)，為后續(xù)套圈精加工作準(zhǔn)備。最后，經(jīng)過對套圈多次循環(huán)磨削，到精研端面工序后，套圈的端面翹曲值已滿足成品零件的工藝要求。端面翹曲和平行差測量結(jié)果見表3。

4 結(jié)束語

薄壁軸承加工中套圈端面翹曲控制的好壞是保證軸承精度的基礎(chǔ)，通過調(diào)整、增加和細(xì)化薄壁軸承的磨削加工工藝，并采用一些關(guān)鍵的設(shè)備，可以使零件的廢品率不超過5%。