橡膠軸承加工方法及應(yīng)用

蔣南平

(江蘇鎮(zhèn)江五峰山船廠，江蘇 鎮(zhèn)江 212133)

橡膠在－50～150℃溫度范圍內(nèi)具有良好的彈性、柔順性、易變性、復(fù)原性和耐泥沙性等特點(diǎn)，因而橡膠軸承成為國(guó)內(nèi)在役船舶中普遍使用的艉軸軸承之一。但是橡膠易老化、易腐蝕變質(zhì)，使得船舶修理周期縮短。

某型艦船在進(jìn)行中級(jí)修理時(shí)，艉軸修理是修理過程中的關(guān)鍵步驟。其中更換軸承橡膠條，更是關(guān)鍵過程中必須進(jìn)行的一道重要修理工序。軸承的切削加工是軸承修復(fù)后，艦船使用情況的關(guān)鍵因素。在選用了滿足要求的金屬橡膠條后，制定有效的加工工藝顯得尤為重要。

1 加工現(xiàn)狀及要求

橡膠軸承由軸承襯套內(nèi)加裝金屬橡膠條組成。橡膠內(nèi)部夾有規(guī)定尺寸金屬條，此金屬橡膠條在船舶修理時(shí)定制。橡膠軸承加工結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，圖中尺寸為mm。

橡膠軸承是滑動(dòng)軸承，工作時(shí)橡膠軸承以水作潤(rùn)滑劑，支撐相對(duì)旋轉(zhuǎn)的艉軸。船舶螺旋槳在不規(guī)則水流沖擊下，艉軸會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，而橡膠軸承起到了承受載荷和緩沖沖擊振動(dòng)的作用，對(duì)船舶的平穩(wěn)航行起到至關(guān)重要的作用，因此也要求橡膠軸承加工后的表面粗糙度達(dá)到Ra1.6。

軸承與艉軸間的裝配間隙:1.5 mm，橡膠軸承內(nèi)徑:Φ343 mm，最大回轉(zhuǎn)直徑:570 mm，長(zhǎng)1645 mm。橡膠的材質(zhì):橡膠217。

根據(jù)零件尺寸，我廠適用于加工的機(jī)床型號(hào)為:C63125。機(jī)床最大回轉(zhuǎn)直徑 1200 mm，加工長(zhǎng)8000 mm(可進(jìn)行16000 mm艉軸校調(diào))，最大轉(zhuǎn)速200 r/min。

圖1 橡膠軸承加工結(jié)構(gòu)圖

2 加工中的問題

2.1 橡膠加工特點(diǎn)

(1)由于橡膠的彈性模量小，彈性恢復(fù)快，在切削中極易變形，很難控制橡膠的尺寸和形狀精度，特別是在小余量時(shí)，刀具很難切下切屑。

(2)橡膠的硬度和強(qiáng)度很低，要求刀具的楔角小，刃口鋒利，切削時(shí)以切割為主。當(dāng)刃口的圓角增大時(shí)，就很難進(jìn)行切削。一般選擇刀具的前角為45°～55°，后角為10°～15°，楔角為20°～30°。刀尖部分要磨出大于進(jìn)給量的修光刃或圓弧，否則切屑容易粘在已加工的表面上，影響切削質(zhì)量，因此打磨刀具的角度對(duì)工人技術(shù)水平的要求很高。

(3)橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)低，約為一般鋼材的1/350，其硬度和強(qiáng)度也很低，因此切削時(shí)產(chǎn)生的熱量少。但是切削橡膠的刀具楔角很小，散熱條件差，加之它的彈性恢復(fù)大且快，使得刀具和工件的摩擦加劇，刀具很容易變鈍。一般要求選用刀具的材料導(dǎo)熱性好，又能打磨出鋒利的刃口，如高速鋼、YG6X、YG8等牌號(hào)的硬質(zhì)合金。

(4)橡膠在連續(xù)切削時(shí)，切屑成帶狀，不斷屑。要求通過改變刀具的幾何角度，來控制切屑流向，避免切屑纏繞在工件或刀具上，影響工作的順利進(jìn)行。

(5)切削橡膠時(shí)，一般不用切削液。若必要時(shí)，只能采用水溶液。禁止用油類作為切削液，以防止橡膠的變質(zhì)和變形。

2.2 工件及機(jī)床特點(diǎn)

(1)由于工件過長(zhǎng)，四爪卡盤配裝中心架后，機(jī)床運(yùn)行時(shí)零件仍產(chǎn)生較大的離心力，使機(jī)床不能高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2)加工精度與機(jī)床轉(zhuǎn)速成正比，同時(shí)加工精度還與材質(zhì)有關(guān)。橡膠在進(jìn)行低速加工的情況下，有成塊被啃落現(xiàn)象。相比金屬加工所需要的轉(zhuǎn)速要高得多，但機(jī)床轉(zhuǎn)速不宜選擇太高，以防止切削溫度超過150℃時(shí)，使橡膠軟化。

(3)用高速鋼刀具進(jìn)行橡膠軸承內(nèi)孔切削時(shí)，隨著刀具軸向進(jìn)給加大，刀具切削力的作用使橡膠讓刀明顯。

(4)切削熱的作用使橡膠產(chǎn)生熱膨脹，而一般中小型企業(yè)受限于技術(shù)和儀器配備等因素，很難對(duì)當(dāng)時(shí)加工批次的橡膠的熱膨脹系數(shù)進(jìn)行測(cè)定，這導(dǎo)致橡膠軸承加工冷卻后，直徑尺寸超差，長(zhǎng)度方向尺寸形成錐度，通過調(diào)整刀具進(jìn)給量仍很難保證加工精度。

(5)車削時(shí)，刀排過長(zhǎng)，隨著深度加大，加工過程中尺寸變化更難于發(fā)現(xiàn)和測(cè)量。刀排振動(dòng)隨內(nèi)孔加工深度增加而加大，零件加工后尺寸不易控制。

分析結(jié)果:僅對(duì)零件進(jìn)行車削加工，零件的加工表面毛糙，尺寸精度不能保證。

3 工藝方案設(shè)計(jì)

針對(duì)上述問題，制定工藝時(shí)增加一道磨削工序，可彌補(bǔ)車削的不足。對(duì)上述軸承的加工，至少選擇大型號(hào)深孔內(nèi)圓磨，而考慮到船舶修理行業(yè)的機(jī)床配置特點(diǎn)，一般工廠都沒有滿足加工工件所需的深孔內(nèi)圓磨床，通常可以有以下兩種方法解決:

(1)購(gòu)置新機(jī)床，僅解決一道工序加工問題;同時(shí)購(gòu)置深孔磨床，向機(jī)床制造廠家訂購(gòu)，需要很長(zhǎng)一段時(shí)間，將會(huì)影響加工的周期;需花費(fèi)相當(dāng)可觀的費(fèi)用支出。

(2)利用現(xiàn)有設(shè)備，增加工裝解決磨削問題，既解決了加工周期的影響，又能節(jié)約開支。

因此，改裝設(shè)備比購(gòu)置新設(shè)備更經(jīng)濟(jì)。既可跟蹤質(zhì)量進(jìn)度，又能以此編定出工藝規(guī)程，規(guī)范加工，為以后工作帶來方便。

比較兩種加工方法的特點(diǎn)后，確定了在車床大拖板上加裝簡(jiǎn)易動(dòng)力頭來解決磨削問題的方法，即工件在同一臺(tái)機(jī)床上完成車削和磨削兩道工序。

4 磨削橡膠特點(diǎn)

(1)橡膠的彈性大，導(dǎo)熱性差，磨削時(shí)磨屑容易堵塞砂輪，使砂輪失去磨削能力，從而造成工件表面的不平整等缺陷。同時(shí)磨削中產(chǎn)生切削熱，使得橡膠氣味彌散，污染了空氣。干磨時(shí)，產(chǎn)生的磨屑飛揚(yáng);濕磨時(shí)，橡膠吸油后會(huì)膨脹變形，因此不能使用含有油的乳化液。

(2)砂輪的選擇，這是影響磨削質(zhì)量的重要因素。根據(jù)橡膠的磨削特點(diǎn)，為了防止磨屑堵塞砂輪空隙，應(yīng)選用中等粒度陶瓷結(jié)合劑的大氣孔砂輪，日常生產(chǎn)中一般用(60～70)目的中軟硬度砂輪。

5 主要加工工藝及說明

5.1 設(shè)備

型號(hào):C63125。

動(dòng)力頭:4 kW高速電機(jī)(轉(zhuǎn)速為2880 r/min)和一級(jí)皮帶輪加速，速比1.375。

5.2 工具

高速鋼刀具、加長(zhǎng)刀排(滿足900 mm，粗、精加工時(shí)工件需調(diào)頭，以軸承外圓為基準(zhǔn)校調(diào))。

碳化硅砂輪:(60～80)目。

5.3 粗加工車削

機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速:70～80 r/min。

切削角:主偏角加工，以減少切削阻力，降低刀排振動(dòng)。

預(yù)留磨削余量:3～4 mm。

5.4 精加工磨削

機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速:60～70 r/min。

動(dòng)力頭主軸前端裝大皮帶輪動(dòng)力頭主軸轉(zhuǎn)速:2880 r/min，小皮帶輪聯(lián)接刀排(加裝聯(lián)軸節(jié)固定做刀排的支撐)，砂輪轉(zhuǎn)速約4000 r/min，動(dòng)力頭主軸與機(jī)床主軸平行，轉(zhuǎn)向與機(jī)床主軸轉(zhuǎn)向相反。

5.5 排屑

連接空氣壓縮機(jī)，把加工件內(nèi)孔的橡膠粉末吹出，降低加工空間內(nèi)的溫度。有條件時(shí)，增加車間的排風(fēng)設(shè)施。

5.6 選擇參數(shù)理由

依據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》對(duì)橡膠加工的要求作為參考，車床的主軸轉(zhuǎn)速為60～70 r/min、磨削轉(zhuǎn)速為4000 r/min;選擇旋轉(zhuǎn)工件與轉(zhuǎn)動(dòng)磨頭磨削速度匹配，并經(jīng)多次調(diào)試，要求磨下的橡膠呈粉狀，砂輪不爆裂，最終得出達(dá)到滿足零件表面加工精度的要求而定的。

施工時(shí)利用了現(xiàn)有設(shè)備，以最小的投入制作工裝，同時(shí)還可通過皮帶輪大小，調(diào)整速比，以選擇合適的砂輪轉(zhuǎn)速，也可直接購(gòu)置所需轉(zhuǎn)速的電機(jī)。

砂輪用過棕剛玉等種類，調(diào)試結(jié)果以碳化硅砂輪最好。砂輪目數(shù)過大，效率低;砂輪目數(shù)過小，橡膠粉塵在砂輪表面不易脫落。砂輪目數(shù)的選擇取決于橡膠性能。

經(jīng)檢驗(yàn)，在加裝工裝后的機(jī)床上加工的橡膠軸承尺寸滿足要求，粗糙度達(dá)Ra1.6。

6 工藝的效用分析

6.1 工藝可靠性

粗加工時(shí)，加工尺寸比較難控制。但精加工時(shí)，砂輪相對(duì)金屬刀具導(dǎo)熱性差得多，有效地減小了熱膨脹因素的作用。經(jīng)過多次砂輪加工比較，控制好砂輪目數(shù)所加工出的軸承，均能滿足要求。經(jīng)修理后的艦船試航狀態(tài)良好，交付使用至今無問題反饋。

6.2 工藝實(shí)用性

車床上實(shí)現(xiàn)鏜削內(nèi)孔，磨削內(nèi)孔，減少了加工零件的裝夾、校調(diào)次數(shù)，大大提高了工效，便于生產(chǎn)組織管理及質(zhì)量跟蹤。此工藝方法易于在多種較大尺寸軸套類零件的加工上推廣使用。

6.3 工藝經(jīng)濟(jì)性

僅在初次使用時(shí)，增加動(dòng)力頭的開支和參數(shù)選擇確定時(shí)的調(diào)試費(fèi)用，工作效率較高。

7 工藝方法的應(yīng)用

(1)鑒于上述工藝的成功使用，將工藝中使用動(dòng)力頭的方法，推廣到艉軸外圓拋光。在動(dòng)力頭主軸上直接加裝千葉輪，采用橡膠軸承磨削時(shí)機(jī)床運(yùn)行參數(shù)，動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速為2880 r/min，對(duì)軸類零件外圓拋光處理。千葉片目數(shù)形成的磨削量見表1。

表1 軸套類零件末道工序加工選擇參照表

以上工藝，完全取代了鉗工手工打磨拋光，質(zhì)量大大高于手工操作，粗糙度達(dá)Ra0.8。

(2)對(duì)舵桿、中間軸、聯(lián)軸節(jié)等軸類零件的修理或制作加工最后一道工序，均可采用拋光方法降低粗糙度值。

(3)上述加工工藝，還可用于高速艇艉軸橡膠軸承等加工，對(duì)有V尺寸橡膠零件，僅需將刀排在裝夾時(shí)，按靠模調(diào)整到所需角度。但對(duì)直徑較小，而且長(zhǎng)度小于500 mm以下的橡膠軸承，只需在車床上車削即可達(dá)到加工要求?？筛鶕?jù)零件直徑和長(zhǎng)度確定車床型號(hào)，車床轉(zhuǎn)速為200～300 r/min。