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帶窄小越程槽的薄壁圓柱滾子軸承內(nèi)圈加工工藝改進(jìn)

2023-2-23 來源：中國(guó)航發(fā)哈爾濱軸承有限公司作者：薛雪孫慧廣

摘要 : 針對(duì)某中央錐齒輪傳動(dòng)薄壁圓柱滾子軸承窄小越程槽難加工的問題進(jìn)行分析，根據(jù)車加工擋邊及滾道尺寸散差、裝夾變形、熱處理變形等主要影響因素，提出以下改進(jìn)措施 : 在車加工成形后增加軟磨平面工序，車擋邊工序改為控制兩側(cè)擋邊厚度，在精研滾道前增加硬車越程槽工序。改進(jìn)后越程槽尺寸合格率由 40% 提高至 100%，滾道素線直線度由 1.3~2.7 μm 降至0.8~1.4 μm。

關(guān)鍵詞 : 滾動(dòng)軸承 ; 圓柱滾子軸承 ; 薄壁軸承 ; 車削 ; 合格率 ; 直線度

圓柱滾子軸承的滾子與滾道之間為線接觸，承載能力較高，廣泛應(yīng)用于機(jī)床、汽車等領(lǐng)域，套圈越程槽尺寸對(duì)該類軸承性能有重要影響，對(duì)于難加工的窄小越程槽，越程槽尺寸超差會(huì)使軸承擋邊間隙減小，滾子偏擺并與擋邊異常碰撞，進(jìn)而產(chǎn)生淺層剝落。該類軸承滾道和滾子的加工技術(shù)已十分成熟，但對(duì)帶擋邊套圈越程槽的加工方法還有待改進(jìn)。

1.常規(guī)加工方法及存在的問題

以某中央錐齒輪傳動(dòng)薄壁圓柱滾子軸承內(nèi)圈為研究對(duì)象，該類軸承屬于薄壁超輕系列，壁厚為2.25mm，徑厚比為0.045，材料為8Cr4Mo4V高溫軸承鋼。為減小材料去除量，提高滾道的抗變形能力，越程槽設(shè)計(jì)為窄小結(jié)構(gòu)，如圖 1 所示，軸向?qū)挾葹?0.4mm，軸向深度為 0.1mm，徑向?qū)挾葹?0.3mm，徑向深度為 0.2 mm。

圖 1 窄小越程槽示意圖

常規(guī)內(nèi)圈加工工藝流程為 : 細(xì)車非基面、內(nèi)徑面，非基面倒角→細(xì)車基面、內(nèi)外徑面，基面倒角→車滾道面、擋邊面→去擋邊銳角→車越程槽→熱處理→粗磨循環(huán)→細(xì)、終磨循環(huán)→精研滾道→清洗。越程槽采用切槽刀 ( 圖 2) 加工，刀尖圓弧半徑為 0.2 mm，進(jìn)刀角度為 45°。

圖 2 越程槽加工示意圖

采用上述工藝加工的越程槽合格率僅為 40% ，分析認(rèn)為其主要影響因素為 :1) 車加工的擋邊厚度散差、滾道散差、端面散差及裝夾變形均會(huì)影響越程槽尺寸 ;2) 熱處理變形 ( 主要為橢圓和彎曲 ) 會(huì)導(dǎo)致越程槽軸向?qū)挾瘸叽缭趫A周方向的散差達(dá)到 0.2超差。

此外，考慮尺寸散差、熱處理變形對(duì)越程槽尺寸的影響時(shí)，通過理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)車加工的越程槽軸向?qū)挾冉咏?0。精研滾道時(shí)由于越程槽過窄，油石振幅小，滾道與越程槽的交點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生翹曲，滾道素線呈 W 形 ( 圖 3) ，滾道素線直線度超差。

圖 3 W 形滾道素線圖

2. 加工工藝改進(jìn)

2.1 工藝優(yōu)化

工藝改進(jìn)如下 :

1) 在車加工成形后增加軟磨端面工序，軟磨端面尺寸公差控制在 ± 0.01mm 以內(nèi)，平行差不大于 0.02 mm;

2) 車擋邊工序由控制基面擋邊厚度和擋邊間距改為控制兩側(cè)擋邊厚度，保證兩側(cè)越程槽軸向深度和軸向?qū)挾纫恢?;

3) 為控制熱處理和磨加工對(duì)越程槽尺寸的影響，在精研滾道前增加硬車越程槽工序。

新工藝流程為 : 細(xì)車非基面、內(nèi)徑面，非基面倒角→細(xì)車基面、內(nèi)外徑面，基面倒角→軟磨端面→細(xì)車滾道面、擋邊面→去擋邊銳角→車越程槽→熱處理→粗磨循環(huán)→細(xì)、終磨循環(huán)→硬車越程槽→精研滾道→清洗。

2.2 硬車越程槽工藝

2.2.1 刀具

刀具由鑲片式 PCBN 改進(jìn)而成，型號(hào)為 WCB30 CCMW060204，刀桿為標(biāo)準(zhǔn) 25 mm× 25 mm 外圓刀桿。經(jīng)計(jì)算，刀具夾角為 27°，主偏角為 46° 時(shí)，既能增加越程槽的軸向?qū)挾群蛷较驅(qū)挾龋帜芙鉀Q滾道素線直線度超差的問題，加工效果最佳。

2.2.2 硬車削參數(shù)

硬車是通過使剪切部分的材料退火變軟而形成切屑，若澆注冷卻液，會(huì)減小由切削力而產(chǎn)生的切削效果，故一般采用干車削。工件硬度越高，切削速度越小，推薦切削速度為 10~150 m/min; 進(jìn)給量由表面粗糙度要求和生產(chǎn)效率確定，取 0.02~0.2mm/r。在保證越程槽尺寸精度和表面質(zhì)量的前提下，通過試驗(yàn)確定切削參數(shù)為 : 切削速度 50m/min，進(jìn)給量 0.02mm/r。

2.2.3 夾具

硬車越程槽時(shí)一般采用三爪卡盤夾緊套圈內(nèi)徑面，由于零件內(nèi)徑面已為成品尺寸，后續(xù)不再加工，為增大夾緊面積，確保內(nèi)徑面不會(huì)因三爪卡盤的夾緊而變形，薄壁零件一般選用扇形卡爪，但卡爪并不會(huì)和零件完全 “合圓”，部分夾緊面為點(diǎn)接觸，內(nèi)徑面圓度易超差。為使卡爪外徑面和套圈內(nèi)徑面更好配合，增大夾緊面積，使夾緊力均勻分布在工作面上，增大了 1/3 的扇形面，并在扇形面中心銑寬 9mm 的 U 形槽，將三面接觸改為六面接觸 ( 圖 4) 。

圖 4 帶 U 形槽的六面接觸扇形卡爪

3. 實(shí)際加工效果

采用 CY-K32 數(shù)控車床，夾緊力為 0.2MPa，采用新的工藝后，越程槽尺寸合格率由40% 提高至 100% ，滾道素線直線度由 1.3 ~2.7μm 降至 0.8~1.4 μm，效果良好。

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