小型深溝球軸承磨加工工藝的改進(jìn)

薛福德，狄春麗

（哈爾濱軸承集團(tuán)公司 小型球軸承分廠，黑龍江 哈爾濱150036）

小型深溝球軸承磨加工工藝的改進(jìn)

薛福德，狄春麗

（哈爾濱軸承集團(tuán)公司 小型球軸承分廠，黑龍江 哈爾濱150036）

通過(guò)對(duì)小型深溝球軸承磨加工工藝改進(jìn)，使產(chǎn)品質(zhì)量得到明顯提高，滿足摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的需要。

小型深溝球軸承；磨加工工藝；摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)；壽命

1 前言

為了提高小型深溝球軸承套圈的溝道表面的幾何精度、降低溝道表面粗糙度、波紋度和振動(dòng)值、提高軸承性能及使用壽命、滿足摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的需要，軸承應(yīng)確保在正常使用情況下，整車行駛8×104km或4 000h不損壞。

2 主要技術(shù)改進(jìn)

2.1 磨加工過(guò)程的改進(jìn)

根據(jù)該軸承材料（GCr15）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及高精度要求的特點(diǎn)，在工藝流程中增加了內(nèi)、外圈高溫回火、內(nèi)、外圈精研平面、精研外徑，內(nèi)外圈溝道均采用了粗磨、細(xì)磨、終磨三次磨削工藝，充分消除了磨削應(yīng)力及變形，提高了磨加工溝道的定位精度，降低了溝道表面變質(zhì)層的厚度。

2.2 磨加工工藝裝備的改進(jìn)

根據(jù)現(xiàn)有機(jī)床狀況，內(nèi)外溝磨削加工只能在3MZ1410SA、3MZ136磨床上加工，該機(jī)床磨削溝道的進(jìn)給方式是：定程控制進(jìn)給，無(wú)心電磁夾盤(pán)切入磨削。定程控制磨削的最大缺點(diǎn)是受前工序尺寸、幾何精度等因素影響，使砂輪軸在磨削過(guò)程中彈性變量不等，無(wú)法選擇最佳光磨時(shí)間，無(wú)火花磨削難以全部實(shí)現(xiàn)，致使磨加工后的內(nèi)、外圈溝幾何精度、尺寸精度和表面質(zhì)量達(dá)不到工藝要求，并且電氣系統(tǒng)采用繼電器控制，造成電器元件多，故障率高，中停時(shí)間長(zhǎng)。根據(jù)上述機(jī)床的缺陷，機(jī)床由原來(lái)的繼電器控制改為程控器控制，并對(duì)磨加工溝道過(guò)程中的每個(gè)動(dòng)作進(jìn)行顯示，使磨削溝不受車加工留量影響，光磨時(shí)間有微回跳，保證了砂輪軸恢復(fù)彈性變形趨于一致，無(wú)火花磨削得以全部實(shí)現(xiàn)，從而保證了磨削后的溝道尺寸精度和幾何精度，提高了溝道的表面質(zhì)量，為超精研加工奠定了基礎(chǔ)。

2.3 選擇合適的溝道超精研機(jī)床及超精研油石

軸承內(nèi)、外圈溝道超精研加工是油石沿弧形擺動(dòng)和內(nèi)、外圈在滾杠上無(wú)心支承隨滾杠回轉(zhuǎn)來(lái)完成的，精研溝道的表面質(zhì)量取決于油石擺動(dòng)頻率、彈簧壓力大小、油石材質(zhì)、油石消耗補(bǔ)償及滾杠轉(zhuǎn)速，其工作原理見(jiàn)圖 1。

最初試制階段，溝道超精研加工工藝規(guī)定在四頭精研機(jī)上加工，兩頭用來(lái)粗研，粗研油石為WA14（白剛玉），細(xì)研油石為WA5（白剛玉）。由于該機(jī)床原設(shè)計(jì)油石擺動(dòng)頻率四個(gè)頭都是一種頻率，滾杠兩根，一種轉(zhuǎn)速，使精研后的溝道表面質(zhì)量達(dá)不到工藝要求，直接影響裝配后的軸承成品振動(dòng)值。為了改善精研加工條件，克服以上缺點(diǎn)，提高溝道精研表面質(zhì)量，選擇了六頭超精研機(jī)床（型號(hào)：外HZ3MZ3210、內(nèi)HZ3MZ315），該機(jī)床的特點(diǎn)是油石夾頭有六個(gè)，滾杠有4根，油石夾頭三個(gè)為一組，共兩組：滾杠兩根為一組，共兩組。四、六頭精研機(jī)參數(shù)見(jiàn)表 1。

圖1 四頭精研機(jī)工作原理

圖2 六頭精研機(jī)工作原理

四頭、六頭精研機(jī)工作原理圖見(jiàn)圖 1、圖2。

通過(guò)對(duì)比四頭、六頭精研機(jī)參數(shù)及工作原理，把精研溝工序加工機(jī)床定為六頭精研機(jī)。根據(jù)該機(jī)床特點(diǎn)，把精研溝工序分為二步加工法，即三頭為一組粗研，另外三頭一組精研，油石粗研采用WA14，精研采用GCr3.5，每一組根據(jù)精研機(jī)特點(diǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量要求選擇不同的油石、油石壓力、滾杠轉(zhuǎn)速和油石擺動(dòng)次數(shù)，采用六頭精研機(jī)精研溝道，不但滿足了工藝要求，而且還提高了溝道表面質(zhì)量。

表1 四、六頭精研機(jī)參數(shù)對(duì)比

2.4 裝配內(nèi)圈溝尺寸分選儀器表點(diǎn)及壓點(diǎn)改進(jìn)

裝配分選內(nèi)圈溝道尺寸使用的儀器是D022，其原理見(jiàn)圖 3。

圖3 D022儀器原理圖

改進(jìn)前，由于原壓點(diǎn)和表點(diǎn)采用的是合金材料，在裝配分選過(guò)程中造成了溝道表面的劃傷，深度約為5～10μm，使軸承成品振動(dòng)波動(dòng)值大，產(chǎn)生異常聲音，成品振動(dòng)值合格率降低，達(dá)不到產(chǎn)品出廠要求。為了提高軸承質(zhì)量，降低振動(dòng)值，提高使用壽命，對(duì)壓點(diǎn)和表點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)，即壓點(diǎn)采用成品球壓點(diǎn)，表點(diǎn)改為小于成品內(nèi)圈溝R的成品球表點(diǎn)。合金壓點(diǎn)對(duì)溝道造成劃傷及改進(jìn)后的壓點(diǎn)示圖見(jiàn)圖 4。

合金表點(diǎn)對(duì)溝道造成的劃傷及改進(jìn)后的表點(diǎn)示圖見(jiàn)圖 5。

工藝改進(jìn)前后振動(dòng)值對(duì)比見(jiàn)圖 6。

圖4 壓點(diǎn)改進(jìn)前后對(duì)比

圖5 表點(diǎn)改進(jìn)前后對(duì)比

圖6 工藝改進(jìn)前、后的振動(dòng)值（加速度）對(duì)比

從圖 6 看出，改進(jìn)后的軸承振動(dòng)值比改進(jìn)前大大降低且波動(dòng)值穩(wěn)定，合格率達(dá)到100%，提高了軸承的質(zhì)量；另外，由于壓點(diǎn)采用了成品球，使其在對(duì)表過(guò)程中，找中心位置方便又準(zhǔn)確，且操作容易，分選尺寸精確，分選效率高，給儀表調(diào)整操作帶來(lái)了極大的方便。

2.5 軸承保持架表面軟氮化處理

為了提高軸承的使用壽命，滿足用戶要求，軸承保持架表面進(jìn)行軟氮化處理，化合物層深度為5～10μm，表面顯微組織硬度500～570HV，使鋼板沖壓保持架強(qiáng)度和耐磨性大大提高，能夠完全適應(yīng)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)、曲軸的沖擊力大、潤(rùn)滑條件差、工作溫度高等惡劣環(huán)境。

2.6 軸承重新設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶使用需要，對(duì)軸向游隙、徑向游隙、內(nèi)徑公差、軸向尺寸重新設(shè)計(jì)。

軸承徑向游隙采用C3組，有效地防止了由于溫度變化而造成抱軸燒死、卡軸熄火翻車等不安全隱患的產(chǎn)生，保證了發(fā)動(dòng)機(jī)的安全可靠性。對(duì)軸承的溝道曲率按使用條件的不同，進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，在滿足徑向游隙為C3組大游隙的情況下，縮小軸向游隙，以減少曲柄擺量，同時(shí)有利于軸承的疲勞壽命的提高。為了滿足用戶要求，提高曲軸軸承的裝軸公差配合的一致性，將軸承內(nèi)徑公差在0～8μm的范圍內(nèi)分成兩組供貨，使軸承的安裝更加方便可靠；另外，根據(jù)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)體積小巧的特點(diǎn)，為了減少軸承的安裝空間，在徑向尺寸不變、額定載荷不變的情況下，減少軸承軸向尺寸。

2.7 徑向游隙測(cè)量方法的改進(jìn)

原來(lái)測(cè)量徑向游隙所用的儀器是X095測(cè)量?jī)x，這種儀器以風(fēng)作為動(dòng)力源，測(cè)量效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，但存在的缺點(diǎn)是風(fēng)壓不穩(wěn)，造成了測(cè)量值的不穩(wěn)定。為了保證徑向游隙的準(zhǔn)確，采用手動(dòng)測(cè)量?jī)xX093儀器，該儀器測(cè)量的徑向游隙值穩(wěn)定準(zhǔn)確，滿足了用戶的使用要求。

3 軸承工藝改進(jìn)前后質(zhì)量對(duì)比

通過(guò)該軸承工藝改進(jìn)，滿足了國(guó)內(nèi)摩托車生產(chǎn)廠家配套軸承國(guó)產(chǎn)化的需要，節(jié)約了大量外匯，產(chǎn)生了較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。該軸承工藝改進(jìn)前后質(zhì)量對(duì)比見(jiàn)表 3。

表3 工藝改進(jìn)前后質(zhì)量對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)兩年來(lái)反復(fù)認(rèn)真地試驗(yàn)、摸索，現(xiàn)工藝已得到不斷的完善和改進(jìn)，并在生產(chǎn)過(guò)程中得到了很好的應(yīng)用，使摩托車軸承的產(chǎn)品質(zhì)量得到了穩(wěn)步提高，滿足了用戶要求，對(duì)提高摩托車、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)以及機(jī)床精密軸承的制造技術(shù)水平和質(zhì)量水平具有一定作用。該軸承用在國(guó)內(nèi)某公司244FM摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上，與改進(jìn)前比較，具有精度高、噪聲小、啟動(dòng)、停止平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，為同類產(chǎn)品不同規(guī)格的軸承研制具有參考作用。

（編輯：鐘 媛）

Improvement on grinding technology of small size deep groove ball bearing

Xue Fude, Di Chunli
( Small Ball Bearing Branch, Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036 China )

The grinding technology of small size deep groove ball bearing was improved, so that the quality of product was made better evidently, which could meet the requirements of service life of motorcycle engine.

small size deep groove ball bearing; grinding technology; motorcycle engine; service life

TH133.33+1

B

1672-4852（2014）03-0033-03

2014-05-06.

薛福德（1958-），男，工程師.