大型軸瓦加工工藝分析及變形控制

□ 林景華

大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司 遼寧大連 116031

冶金行業(yè)大型剪切設(shè)備中減速機(jī)的軸其支撐軸承大部分都選擇剖分式軸瓦結(jié)構(gòu)，材料為鑄造鋁青銅合金，這種銅合金強(qiáng)度高、耐磨、耐蝕，可耐高溫達(dá)250℃。銅瓦也稱滑動(dòng)軸承，工作中主要是與軸頸間形成油膜間隙，一層很薄的油膜在其相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)起潤(rùn)滑作用。如果潤(rùn)滑不良，則可能導(dǎo)致軸與軸瓦直接接觸，產(chǎn)生摩擦，摩擦產(chǎn)生的高溫將導(dǎo)致軸瓦損壞。盡管軸瓦是由耐高溫的銅合金材料制成，但直接接觸產(chǎn)生的摩擦高溫仍能將其損壞，因此軸瓦與軸之間的間隙大小決定了滑動(dòng)軸承的精度，而軸與軸瓦的加工則是保證軸承精度的關(guān)鍵。軸頸的加工通過磨削可以很容易達(dá)到，但大直徑、薄壁軸瓦的加工以及變形一直是制造中的難點(diǎn)，筆者對(duì)此類件的加工工藝和變形修復(fù)進(jìn)行了大量的研究和實(shí)踐，總結(jié)了一些制造經(jīng)驗(yàn)。

1 大直徑、薄壁軸瓦的特點(diǎn)及變形分析

1.1 大直徑、薄壁軸瓦的特點(diǎn)

▲圖1 軸瓦加工圖

大直徑薄壁軸瓦一般是指孔徑≥560 mm、壁厚≤25 mm的徑向剛度很小的套類件，主要技術(shù)指標(biāo)：外圓、內(nèi)孔的尺寸公差；外圓、內(nèi)孔的圓度誤差；內(nèi)外圓的同軸度誤差；端面與內(nèi)孔的垂直度誤差，如圖1所示（此件為國(guó)內(nèi)某鋼廠大型剪切減速機(jī)上使用的軸瓦）。

由于這類軸瓦結(jié)構(gòu)型式的限制，制造過程中最常見的問題是受切削熱、切削力和夾緊變形的影響而導(dǎo)致軸瓦的加工精度達(dá)不到圖紙要求，通常的工藝流程是粗車-切分-銑接合面-組合-半精車、精車，雖然加工工藝流程基本都一樣，但具體加工參數(shù)和方法如選擇不當(dāng)，得到的加工質(zhì)量就可能完全不同。

1.2 軸瓦的變形分析

軸瓦的加工變形和存放變形是同時(shí)存在的，加工變形主要受夾緊力和切削力影響較大，而存放變形則是人為的因素多一些。

2 加工工藝的優(yōu)化

2.1 合理選擇加工刀具和切削用量

1）切削刀具的選擇。軸瓦的原材料一般為鋁青銅ZCuAl10Fe3，其中主要合金元素Al含量為 8.5%～11.0%，F(xiàn)e含量為2.0%～4.0%，具有高的力學(xué)性能，耐磨性和耐蝕性能好，抗拉強(qiáng)度 σb≥490 MPa，屈服強(qiáng)度σS≥180 MPa，伸長(zhǎng)率 δ5≥13%，是一種易切削合金，可以選擇普通的高速鋼或硬質(zhì)合金材料刀具。刀具要保證刃口鋒利，可以采用較大的前角和主偏角，刀具各角度的選擇見圖2所示。

▲圖2 選用刀具角度

2）切削用量的選擇。為減少工件的振動(dòng)和變形，應(yīng)使工件上受的切削力和切削熱盡可能小，為此在切削加工時(shí)應(yīng)選擇較高的切削速度、較小的切削深度和進(jìn)給量。 本件加工時(shí)，選擇的切削參數(shù)推薦如下：

半精車：切削速度v=40～45 m/min；進(jìn)給量 f=0.6～0.7 mm/r；切削深度ap=0.5 mm。

精車：切削速度v=10～12 m/min； 進(jìn)給量 f=5～6mm/r；切削深度ap=0.08 mm。

▲圖3 軸瓦裝夾

2.2 夾緊力對(duì)變形的影響

1） 工件的安裝。采用臥式車床加工，需要留工藝夾頭并車應(yīng)力釋放槽（見圖3），工件采用軸向夾緊，在一次裝夾中完成內(nèi)、外圓及一端面的加工，最大程度減少裝夾對(duì)徑向變形的影響。

2）如必須采用徑向夾緊工件時(shí)，為減少夾緊變形，應(yīng)增加卡爪數(shù)量，增大接觸面積。必要時(shí)也可增設(shè)輔助支撐。

2.3 切削熱的控制

切削過程中產(chǎn)生的切削熱是不可避免的，該熱量不僅影響工件的變形，對(duì)刀具的耐用度也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。為此在加工過程中必須使用充足的切削液，粗車時(shí)可以選擇濃度小的乳化液，在精加工時(shí)采用濃度大些的乳化液。

3 軸瓦變形修復(fù)

由于軸瓦加工時(shí)受切削應(yīng)力的影響以及在運(yùn)轉(zhuǎn)、放置過程中受工裝的限制，變形是不可避免的。通過多年的實(shí)踐總結(jié)發(fā)現(xiàn)，大部分的變形都是瓦徑在剖分面減小。安裝在軸承座上后，瓦口將呈縮徑狀態(tài)，由此而導(dǎo)致軸瓦外徑與軸承座孔接觸面積達(dá)不到要求。

針對(duì)以上出現(xiàn)的變形，實(shí)際生產(chǎn)過程中，一般采用油壓機(jī)配合木制工裝修復(fù)（見圖 4）。

首先將軸瓦安裝到軸上，在軸瓦的頂面加方木，并且根據(jù)材質(zhì)和變形大小加墊片厚度，逐步加載油壓機(jī)的壓力，卸載后拆落工件，檢查瓦口直徑大小，根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果確實(shí)是否需要再次校形。

▲圖4 軸瓦修復(fù)

4 小結(jié)

一直以來，傳統(tǒng)的做法都要求軸瓦必須刮研，其目的一是提高精度，二是增大儲(chǔ)油空間，似乎不刮削的軸瓦就不應(yīng)該安裝在設(shè)備上，其實(shí)這是個(gè)誤區(qū)。刮研是在零部件的加工精度較低或設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要求不盡合理的情況下采取的補(bǔ)救措施。隨著近年來機(jī)床精度的提高，特別是數(shù)控機(jī)床的使用，零部件的加工精度已經(jīng)顯著提高，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)也日趨先進(jìn)合理，目前國(guó)外的軸瓦已經(jīng)不再采取刮研的方式。