鐵路貨車圓錐滾子軸承內(nèi)圈及油溝車加工工藝優(yōu)化

張洋,李力新,李碧

(成都天馬鐵路軸承有限公司,成都 610300)

鐵路貨車軸承大量采用無軸箱方式安裝,直接暴露在自然環(huán)境中,運(yùn)行環(huán)境惡劣。為保證鐵路貨車軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn),滿足8年或80萬公里(以先到者為準(zhǔn))的使用要求[1-2],對軸承材料、加工、熱處理、裝配使用各環(huán)節(jié)提出了苛刻要求。雖然目前鐵路貨車圓錐滾子軸承內(nèi)圈制造工藝已十分成熟,但隨著技術(shù)的進(jìn)步,加工方法及流程均可進(jìn)一步優(yōu)化,因此,主要針對內(nèi)圈車削加工工藝及油溝形狀改善進(jìn)行優(yōu)化和分析。

1 常規(guī)加工方式及存在的問題

以352226X-2RZ鐵路貨車內(nèi)圈為研究對象,材料為G20CrNi2MoA滲碳鋼,為提高軸承壽命,油溝設(shè)計為窄、小結(jié)構(gòu),且要求底部圓滑過渡,如圖1所示。該類軸承內(nèi)圈加工通常采用液壓SY125,C7620,SY144半自動多刀車床等,油溝加工選用焊接刀具(基體為普通材料,工作部分材料為YT15),先按照標(biāo)準(zhǔn)制作油溝樣板,再按照樣板進(jìn)行油溝磨削加工。內(nèi)圈加工工藝流程為：粗車內(nèi)徑面、大端面及倒角→粗車大小外徑面、擋邊、小端面及倒角→精車內(nèi)徑面、大端面及倒角→標(biāo)識→粗車滾道及擋邊→精車滾道、擋邊、大小外徑面、小端面及倒角→車大小油溝→倒大端面內(nèi)、外角。該加工工藝主要存在以下問題：

圖1 油溝結(jié)構(gòu)示意圖

1)內(nèi)圈單一平面內(nèi)徑變動量、內(nèi)圈平均內(nèi)徑變動量以及滾道單一平面直徑變動量大于0.10 mm的(工藝要求不大于0.09 mm)比例約為75%。

2)部分油溝形狀、曲率不符合圖紙要求,如圖2所示;同時,油溝中還會出現(xiàn)積屑瘤,不合格率約為3%。為保證產(chǎn)品質(zhì)量,需進(jìn)行返工處理,費(fèi)時費(fèi)力。

(a) 大端切片投影圖 (b) 小端油溝輪廓檢測圖

2 原因分析

1)因前期高可靠性、高精度、高效率、高綜合切削性能設(shè)備少或沒有,對員工技能要求高,因此只能將復(fù)雜工序拆分成多工步,使每工步加工簡單。多次裝夾,車削量不穩(wěn)定等因素導(dǎo)致內(nèi)圈加工精度低。

2)內(nèi)圈材料為G20CrNi2MoA滲碳鋼,材料塑性高、硬度低,在車削過程中金屬變形大,易產(chǎn)生積屑瘤。

3)人工磨削刀具后,使用磨刀樣板與其進(jìn)行對比檢查,發(fā)現(xiàn)存在圓弧、斷削槽大小不一致,角度不合格的情況。檢查完成后進(jìn)行安裝,以加工好的產(chǎn)品為樣件進(jìn)行校對,再通過螺釘鎖緊刀桿,刀具在該過程中易出現(xiàn)移動,從而使加工的油溝位置不合格,導(dǎo)致大擋邊與滾子接觸面長短不一,滾道面有“筋”,進(jìn)而影響產(chǎn)品后序加工或壽命。

3 改進(jìn)措施

為提高內(nèi)圈及油溝加工精度,選用某廠高可靠性、高精度、高效率、高綜合切削性能的CK7150A數(shù)控設(shè)備進(jìn)行加工[3],加工示意圖如圖3所示,改進(jìn)后的工藝流程為：粗車外徑面、大小擋邊面、小端面及倒角→粗車、精車內(nèi)徑面、大端面及倒外角→精車滾道、小端面、大小擋邊面、大小油溝及倒角→標(biāo)識。

圖3油溝加工示意圖

大端油溝刀具設(shè)計為夾角30°,尖角曲率半徑為0.9 mm的專用刀,如圖4所示;小端油溝選擇DNMG150412標(biāo)準(zhǔn)刀,通過走行程的方式完成加工。選擇適合高速、高溫、切削性能好的鎢鈷鈦類(YT)硬質(zhì)合金作為基體,使用化學(xué)氣相沉積(CVD)的涂層方式在其表面涂TiN+Al2O3難熔化合物,以增加刀具的加工精度及耐磨性。采用可轉(zhuǎn)位機(jī)夾式,不可刃磨。為減小切屑變形以及切屑與前刀面的摩擦,增加刀具的鋒利程度,結(jié)合工件材料,選擇10°的正前角;為減小刀具與工件的摩擦,使其易于排屑,選取0°的后角[4-5]。

圖4 大端油溝加工專用刀結(jié)構(gòu)

選擇實(shí)心鋼制刀桿,安裝、調(diào)試后不再拆卸,每次只需更換刀具即可;為避免車削過程中出現(xiàn)振動,采用25 mm×25 mm的刀桿;根據(jù)密封槽相對端面的位置及刀桿夾緊位置,選擇長度150 mm的刀桿;采用銷釘+壓板的方式;刀具下設(shè)有刀墊進(jìn)行減振[6-7]。

4 實(shí)際加工效果

為了驗(yàn)證新工藝是否能達(dá)到預(yù)期效果,進(jìn)行了6批次試驗(yàn),檢測加工后內(nèi)圈的各項技術(shù)指標(biāo),結(jié)果見表1。為驗(yàn)證加工后油溝形狀是否滿足要求,同樣進(jìn)行了6批次試驗(yàn),檢測油溝形狀是否合格,結(jié)果見表2,油溝形狀如圖5所示。

表1 改進(jìn)加工工藝后內(nèi)圈的各項技術(shù)指標(biāo)

表2 油溝加工試驗(yàn)數(shù)據(jù)

(a) 大端切片投影圖 (b) 小端油溝輪廓檢測圖

由表1和表2可知：

1)采用改進(jìn)工藝加工的內(nèi)圈單一平面內(nèi)徑變動量、內(nèi)圈平均內(nèi)徑變動量以及滾道單一平面直徑變動量在0.05～0.06 mm之間,滿足工藝要求,且縮短了加工周期。

2)采用改進(jìn)工藝加工的油溝形狀良好,無毛刺或積屑瘤,R角過渡圓滑,油溝合格率明顯提高,滿足了油溝加工要求。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值及試驗(yàn)數(shù)據(jù),設(shè)備轉(zhuǎn)速控制在350～850 r/min,進(jìn)給量控制在0.08～0.35 mm/r,加工質(zhì)量、效率最佳。

5 結(jié)束語

截止目前,采用改進(jìn)工藝加工的鐵路貨車圓錐滾子軸承內(nèi)圈已經(jīng)達(dá)到5 000 000個,內(nèi)圈形狀公差壓縮至改進(jìn)前的60%左右,且未發(fā)生因油溝形狀誤差而產(chǎn)生的質(zhì)量問題,保證了產(chǎn)品的一致性,縮短了工藝流程,效率提高了約8%。通過優(yōu)化內(nèi)圈加工工藝,改善油溝形狀,提高了該類軸承的加工精度,進(jìn)一步保證了鐵路貨車的行車安全。