中大型軸承滾道超精工序端面劃傷原因分析

馬玉鋒

(阜陽軸承有限公司，安徽 阜陽 236000)

外徑80 mm以上中大型軸承采用端面支承方式超精滾道時，軸承端面常常被端面支承劃傷，嚴重破壞了端面的加工精度，影響軸承的外觀質(zhì)量。為了彌補對工件造成的損傷，需要經(jīng)常修磨、調(diào)整機床，加工效率降低；若調(diào)整機床不能解決問題時，需要增加平面磨工序，加工成本提高。

1 端面劃傷分類

根據(jù)工件端面劃傷的狀態(tài)，可分為如下幾類。

(1)周向線狀劃痕。劃傷呈線條狀，且不連貫，有一條或多條線，深0.1～0.5 μm；

(2)點狀集中劃痕。劃傷、劃痕面積較大，深0.1～0.5 μm，寬0.1～1.5 mm；

(3)局部魚鱗狀劃痕。傷痕如魚鱗狀，傷痕深0.1～0.5 μm，周向均布；

(4)線、點混合劃傷。劃傷沿圓周呈點線狀態(tài)，一條及多條、局部多條，點線混合，深0.1～0.5 μm。

2 機床參數(shù)及各部件工作狀態(tài)

2.1 主軸承轉(zhuǎn)速

粗超頭800～1 000 r/min，精超頭1 000～1 200 r/min；油石壓力：粗超0.3～0.35 MPa ，精超 0.25～0.3 MPa。

2.2 端面支承材料及加工

端面支承材料為GCr15(某些廠家采用陶瓷支承)，淬火硬度為61～65 HRC。以6308端面支承為例，其結(jié)構(gòu)及加工精度如圖1所示。另外，根據(jù)生產(chǎn)軸承的型號不同，需要更換工裝時，端面支承需進行二次裝夾。

圖1 6308端面支承示意圖

2.3 工件運轉(zhuǎn)

機械手上、下料時工件軸及超精油石擺頭處于靜止狀態(tài)，上料到加工工位后壓輪(深溝球軸承)下壓，端面支承及工件在工件軸的拖動下，依靠端面支承與端面間的摩擦力開始旋轉(zhuǎn)，油石下壓后工件高速運轉(zhuǎn)，工件與端面支承存在徑向及周向的相對運動趨勢。

2.4 工件與壓輪的接觸狀態(tài)

軸承外圈超精研機多采用深溝球軸承作為壓輪，理想狀態(tài)時，壓輪與軸承接觸為一條直線，且與軸承套圈的水平直徑相重合，如圖2所示。

圖2 壓輪與工件接觸的理想狀態(tài)

由于機床制造誤差，壓輪兩軸心實際并不為一條直線，壓輪軸心線與工件水平直徑存在夾角α，如圖3所示。同時，由于壓輪軸承外徑的尺寸散差及支承軸裝配后的誤差等，壓輪軸承與工件端面接觸不是一條直線，接觸輪廓及部位較復雜；使壓力不是正壓力，存在沿徑向的側(cè)移力，則實際軸承端面壓力將比理論設計值偏小，使軸承的定位夾緊力不足，超精旋轉(zhuǎn)過程中就不能緊壓于偏心支承塊上，工件與端面支承將出現(xiàn)相對運動。同時，在壓輪與工件端面之間產(chǎn)生一定的滑動摩擦，一定程度上阻滯工件的旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)阻力矩。

圖3 壓輪與工件接觸的實際狀態(tài)

3 端面劃傷原因分析

3.1 端面支承加工及裝配精度問題

滾道超精過程中，工件相對于端面支承時刻存在一定位移量的相對滑動。由于工裝夾具制造采用通用磨床生產(chǎn)，精度要求很難保證，因此，端面支承本身制造精度不高，二次裝夾后端面支承支承面的軸向跳動增大，有些達到5～10 μm ，所以超精時工件與支承面結(jié)合處會出現(xiàn)劃傷。

3.2 端面支承磨損

當支承面出現(xiàn)磨損時，破壞了端面支承的平面度、軸向跳動及表面粗糙度，當達到一定程度后會使工件端面由輕微劃傷發(fā)展到嚴重劃傷。

3.3 壓輪機構(gòu)制造問題

由于制造誤差的存在，導致壓輪與工件接觸處出現(xiàn)劃擦，劃傷端面；壓輪施加于工件的力存在徑向側(cè)移力，工件在圓周方向與端面支承出現(xiàn)相對運動，劃傷端面。

針對中大型軸承套圈端面劃傷的上述3種原因，擬從3個方面分析并加以解決，詳見另文。