D42218N3W圓柱滾子超精加工工藝參數(shù)的確定

鄭紅威，賀紅霞，何萌，楊會(huì)超，王濤

(1.洛陽(yáng)LYC軸承有限公司 a.技術(shù)中心；b.轉(zhuǎn)盤(pán)軸承事業(yè)部；c.軍工精密軸承事業(yè)部，河南 洛陽(yáng) 471039；2.西安交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，西安 710048；3.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院，鄭州 450015)

滾子作為軸承的關(guān)鍵零件，其制造精度和質(zhì)量的好壞直接影響軸承的動(dòng)態(tài)性能和使用壽命。綜合考慮實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，圓柱滾子多選用圓弧修緣素線(xiàn)滾子，而滾子圓弧與直線(xiàn)交接處(弧坡部分)的圓滑過(guò)渡是加工的關(guān)鍵[1]。D42218N3W型圓柱滾子即采用圓弧修緣滾子，其外形尺寸為φ16 mm×16 mm，采用8Cr4Mo4V材料，滾子精度等級(jí)要求達(dá)到Ⅰ級(jí)，因此，滾子各項(xiàng)技術(shù)要求非常高，需要定制專(zhuān)用的超精輥進(jìn)行成形加工。

1 滾子超精及常見(jiàn)問(wèn)題

圓柱滾子超精加工采用細(xì)粒度磨料的油石，以低壓、快而短促的往復(fù)擺動(dòng)作用于旋轉(zhuǎn)工件，在良好的潤(rùn)滑冷卻條件下降低滾子表面粗糙度值,提高幾何精度。合理的超精加工過(guò)程一般分為粗超和精超2個(gè)階段，粗超階段采用較低的工件轉(zhuǎn)速，較高的油石擺動(dòng)頻率和較大的油石壓力，以達(dá)到理想的生產(chǎn)效率；精超階段采用較高的工件轉(zhuǎn)速，較低的擺動(dòng)頻率和較小的油石壓力，以達(dá)到理想的表面粗糙度要求。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況和現(xiàn)有條件，對(duì)圓柱滾子的超精加工一般不超過(guò)3次，否則,將會(huì)損害其表面粗糙度和幾何精度[2]。滾子表面粗糙度的影響因素及解決辦法見(jiàn)表1。

表1 滾子表面粗糙度的影響因素及解決辦法

2 D42218N3W滾子超精工藝參數(shù)的確定

首先檢查機(jī)床精度，采用磁力表架和千分表進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)機(jī)床(3MZ6220)導(dǎo)輥存在0.02 mm的圓跳動(dòng)誤差，導(dǎo)輥兩端間隙誤差為0.05～0.08 mm，從而嚴(yán)重影響了加工精度。因此，檢修導(dǎo)輥后控制機(jī)床的圓跳動(dòng)誤差小于0.005 mm，導(dǎo)輥兩端間隙小于0.015 mm，滿(mǎn)足了機(jī)械精度要求(經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，可保證滾子加工后圓度ΔCir達(dá)到0.3～0.5 μm。

下面主要從切削角、油石的振蕩頻率、振幅、粒度、壓力及工件轉(zhuǎn)速方面進(jìn)行滾子工藝參數(shù)的分析確定。

2.1 切削角

指瞬時(shí)切削速度與工件速度的夾角，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)加工統(tǒng)計(jì)，切削角一般選用原則為：粗超時(shí)，切削量較大，為保證生產(chǎn)效率，切削角為20°～40°；精超時(shí)，為保證表面質(zhì)量，切削角為5°～10°。經(jīng)過(guò)工藝試驗(yàn)，優(yōu)化后粗超時(shí)切削角為25°，精超時(shí)切削角為7°，在保證超精質(zhì)量的同時(shí)，提高了生產(chǎn)效率和油石的耐用度。

2.2 油石振蕩頻率

油石振蕩頻率是決定超精加工效果的關(guān)鍵因素之一，其影響比工件轉(zhuǎn)速和油石振幅更顯著。油石振蕩的目的是使每個(gè)磨粒在各個(gè)方向都受力，促使油石自銳。油石振蕩頻率提高，磨粒對(duì)工件的切削次數(shù)增加；頻繁地改變切削方向有利于油石自銳，切削作用加強(qiáng)。但振蕩頻率的提高受超精加工磨頭、機(jī)床與工藝系統(tǒng)的剛性及油石振幅的限制，所以振蕩頻率的選擇要根據(jù)加工方法的不同，依實(shí)際情況而定。經(jīng)過(guò)工藝試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粗超低頻、精超高頻，可以有效提高超精滾子的表面質(zhì)量，優(yōu)化后的油石振蕩頻率為：粗超每分鐘800次；精超每分鐘960次。

2.3 油石振幅

油石的振幅越大，切削作用越強(qiáng)，生產(chǎn)效率越高，但振幅過(guò)大，磨粒的運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生的網(wǎng)紋將變粗，不利于表面質(zhì)量的改善。因此，粗超時(shí)振幅可選為3～5 mm，精超時(shí)振幅要選小一些，一般為1～3 mm。優(yōu)化后的油石振幅：粗超為3 mm，精超為1 mm。

2.4 油石粒度

油石(磨料)粒度對(duì)滾子表面粗糙度和生產(chǎn)效率產(chǎn)生直接影響，并影響工作面表層的金相組織。超精滾子用油石應(yīng)具有以下特征：(1)磨料鋒利，一般選用白剛玉WA和綠色碳化硅GC。根據(jù)磨料特性，氧化鋁磨料適用于加工抗拉強(qiáng)度高的合金鋼材料，碳化硅磨料適用于加工脆、硬性材料。超精加工時(shí)，氧化鋁磨料比碳化硅的切削速度快，而碳化硅磨料有較好的自銳性和均勻的切削能力，微弱切削持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，能獲得更好的表面質(zhì)量。因此，一般選用白剛玉磨料粗超，綠色碳化硅精超。(2)油石粒度細(xì)，油石粒度對(duì)滾子表面粗糙度的影響見(jiàn)表2。(3)油石組織較松，油石硬度為50 HRC左右且硬度均勻。(4)油石能夠得到及時(shí)修整,油石使用時(shí)需修成圓弧面與滾子相接觸，采用油石修整器進(jìn)行修整，避免人工修整即壓油石成形，影響滾子加工精度。

表2 油石粒度對(duì)工件表面粗糙度的影響 μm

通過(guò)多次試驗(yàn)對(duì)比，最終確定粗超、精超的磨料粒度選用W10和W7，粗超時(shí)粒度為W10的油石主要用于修形和去除磨量，精超時(shí)粒度為W7的油石主要用于改善表面粗糙度。

2.5 油石壓力

油石作用于滾子表面單位面積上的壓力越大，磨粒嵌入滾子表面越深，切削作用強(qiáng)，加工效率較高。但壓力過(guò)大，磨粒容易脫落，切削作用一直延續(xù)下去而無(wú)光整階段，影響滾子表面質(zhì)量，且油石具有臨界現(xiàn)象。如果壓力較小，鈍化的磨粒不易脫落，切削作用降低，不僅不容易去除上工序留下的余量，且油石與滾子之間不容易形成良好的接觸，不利于降低滾子表面粗糙度值和提高生產(chǎn)效率。

優(yōu)化后確定的粗超油石壓力為0.6 MPa，精超油石壓力為0.2 MPa。

2.6 工件轉(zhuǎn)速

工件轉(zhuǎn)速增大，切削作用減弱，生產(chǎn)效率降低，對(duì)改善表面粗糙度有利。但工件轉(zhuǎn)速過(guò)高，會(huì)引起機(jī)床與工藝系統(tǒng)的振動(dòng)，磨粒容易劃傷工件表面，且上工序的粗糙表面和缺陷不易消除。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)對(duì)比，確定的粗超轉(zhuǎn)速為16 m/min，精超轉(zhuǎn)速為35 m/min。

3 改進(jìn)效果

根據(jù)確定的工藝參數(shù)加工D42218N3W圓柱滾子，超精前、后滾子加工精度見(jiàn)表3，滿(mǎn)足了產(chǎn)品技術(shù)要求。

表3 超精前、后滾子精度及幾何形狀 μm