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精密角接觸球軸承內(nèi)圈溝道磨削的4種方法對比
2023-06-15李獻會
軸承套圈加工仍以磨削精加工模式為主,磨削加工勞動量占總勞動量的60%以上。精密軸承(通常指公差等級為P4以上)的磨削加工所占比例更大,磨削加工工序也關(guān)鍵。套圈溝道為工作部位,其精度直接影響軸承的旋轉(zhuǎn)精度、振動噪聲、疲勞壽命等,因此溝道加工尤為重要。軸承內(nèi)圈溝道磨削加工有多種方法,各種加工方法有不同的適用范圍和加工特點,如何根據(jù)軸承特點正確選取加工方法以高精度、高效率、低成本地完成加工是一道難題。下面介紹精密角接觸球軸承內(nèi)圈溝道的4種磨削方法(支內(nèi)圈外徑面磨溝、支內(nèi)溝道磨溝、支內(nèi)徑面磨溝和逃逸法磨溝),對比各自的特點。
1、角接觸球軸承內(nèi)圈磨削工藝路線
為保證軸承加工精度,軸承零件加工采用多循環(huán)的方法,精密角接觸軸承的加工循環(huán)次數(shù)甚至達到3遍以上。一般來說,公差等級P4以上角接觸球軸承內(nèi)圈磨削加工至少需要粗磨、細磨2次循環(huán)才能滿足精度要求,其中溝道加工需要超精或拋光。軸承內(nèi)圈磨加工基本路線為:端面→內(nèi)圈外徑面(簡稱內(nèi)外徑)→內(nèi)溝道→內(nèi)徑面(簡稱內(nèi)徑)。端面、內(nèi)外徑或內(nèi)溝道為加工基準(zhǔn)面,精度要求較高,是保證后工序加工精度的基礎(chǔ)。
磨削加工工藝路線的制定需綜合考慮設(shè)備能力、產(chǎn)品特點、質(zhì)量穩(wěn)定性、加工基準(zhǔn)的確定等,不同的磨削方式采用不同的工藝路線。圖1所示為以內(nèi)外徑或內(nèi)徑為基準(zhǔn)時的內(nèi)圈磨削工藝路線,圖中帶有括號的工序為“非必需工序”,如支內(nèi)徑磨溝無需細磨內(nèi)外徑和精研內(nèi)外徑,而支內(nèi)外徑磨溝需要這2道工序。套圈磨削在多循環(huán)之間要進行熱處理(常為低溫回火),去除附加應(yīng)力,促使組織穩(wěn)定,防止套圈尺寸和精度發(fā)生變化。
圖1 精密角接觸球軸承磨削加工兩循環(huán)工藝路線
2、角接觸球軸承內(nèi)溝常用磨削方法
2.1 支內(nèi)外徑磨溝
支內(nèi)外徑磨溝是一種常用的軸承內(nèi)溝磨加工方法,其原理如圖2所示。一般采用電磁無心夾具。支承點采用硬質(zhì)合金,選用2個,并成一定角度,分別處于夾具的第3和第4象限。調(diào)整支承時要保證工件中心與夾具中心存在一定偏心量e,并使工件中心處于夾具第4象限。磨加工過程中,夾具轉(zhuǎn)動帶動工件做勻速轉(zhuǎn)動,工件受支承的限位作用,并且工件與夾具存在一定偏心,套圈可以平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。砂輪在磨加工前需要進行修形,利用金剛筆將砂輪外緣修整成需要的形狀。砂輪對工件進行外切磨削,外切磨削的特點是砂輪的外徑大,線速度高,磨削效率高。磨削方向與工件旋轉(zhuǎn)方向相同。
圖2 支內(nèi)外徑磨溝原理圖
加工特點:1)采用外切磨削,磨削效率高;2)以內(nèi)外徑為磨削基準(zhǔn),對內(nèi)外徑精度要求高;3)溝道加工精度一般。
2.2 支內(nèi)溝磨溝
支內(nèi)溝磨溝原理如圖3所示,這種加工方式表面看與支內(nèi)外徑磨溝相似,但加工原理大為不同。支內(nèi)溝磨溝以內(nèi)溝道為支承對象,內(nèi)溝道既為基準(zhǔn)面也為磨削面,加工過程中無需考慮內(nèi)外徑精度,且溝道磨削精度可大大提升。此外,后序加工內(nèi)徑面時,仍采用支承內(nèi)溝的方式,可以有效保證內(nèi)徑面精度。磨削方式仍采用外切磨削,加工效率高。支承所處位置和工件偏心與支內(nèi)外徑磨溝相同。
圖3 支內(nèi)溝磨溝原理圖
加工特點:1)加工精度較高,尤其表現(xiàn)在內(nèi)圈溝道與內(nèi)孔的厚度變動量Ki(壁厚差)上;2)外切式磨削,磨削效率高;3)采用支內(nèi)溝磨溝工藝時,省去了內(nèi)圈擋邊外徑磨削工序,節(jié)省了工時。
2.3 支內(nèi)徑磨溝
支內(nèi)徑磨溝原理如圖4所示,其采用前、后2個支承分別支承工件內(nèi)徑面上,工件中心處于夾具第4象限,前、后支承使工件中心與砂輪中心基本處于同一水平面上,工件直接承受砂輪進給的切削力。這種加工方式以內(nèi)徑面為基準(zhǔn),溝道精度由內(nèi)徑精度保證,而內(nèi)徑的加工以內(nèi)外徑為基準(zhǔn),因此對內(nèi)外徑加工要求極高。磨削中需嚴(yán)格控制進給量,進給量過大,超過工件的變形抗力時,易導(dǎo)致工件產(chǎn)生變形,造成工件尺寸、圓度等精度很難控制。
圖4 支內(nèi)徑磨溝原理圖
加工特點:1)對前工序內(nèi)外徑、內(nèi)徑精度要求極高;2)對操作者技能要求高;3)生產(chǎn)效率不高。
2.4 逃逸法磨溝
逃逸法磨削內(nèi)溝是一種非限位式磨削方法,原理如圖5所示。前支承為內(nèi)支承,偏心處于第1象限,后支承為外支承,偏心處于第4 象限,兩支承夾角β= 30°~45°。砂輪進給磨削工件時,若切削力超過電磁無心夾具的夾持力,工件將脫離第4 象限的外支承。隨著磨削力的減小,工件又回落至外支承進行正常磨削。如此重復(fù),直至磨削到所要求的尺寸。
圖5 逃逸法磨溝原理圖
加工特點:1)對前工序內(nèi)外徑、內(nèi)徑精度要求高;2)適用于薄壁系列軸承磨削;3)工件加工變形量小;4)生產(chǎn)效率不高。
3、結(jié)論
通過具體的加工試驗進行精度和效率的對比分析,得出結(jié)論:
1)精密軸承套圈磨加工采用多循環(huán)加工方式,可以降低磨削加工應(yīng)力,減小變形量,提升加工精度。
2)常規(guī)精密球軸承內(nèi)溝磨削宜采用支內(nèi)溝磨溝方法,可以保證內(nèi)溝磨削精度,內(nèi)外徑只進行一次磨削加工就能滿足設(shè)計精度,避免了多循環(huán)加工,減少了加工工序,工作效率提高。
3)對于薄壁系列和特殊精度要求的精密球軸承內(nèi)溝加工,可選用逃逸法磨內(nèi)溝,雖然加工效率略低,但加工精度高,廢品率低。
內(nèi)容節(jié)選自《軸承》
(來源:軸承雜志社)
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