探索軸承裝備走向綠色發(fā)展的道路

王世保 皇甫兵 潘繼超

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探索軸承裝備走向綠色發(fā)展的道路

王世保 皇甫兵 潘繼超

（新鄉(xiāng)日升數(shù)控軸承裝備股份有限公司 河南新鄉(xiāng) 453700）

“十二五”期間，我國(guó)機(jī)械工業(yè)的指導(dǎo)思想是高端、創(chuàng)新、基礎(chǔ)、綠色。通過(guò)對(duì)磨削砂輪的改變和傳統(tǒng)設(shè)備的改造，對(duì)軸承裝備走綠色發(fā)展的道路進(jìn)行了探索，介紹了軸承裝備在高精、高效、環(huán)保節(jié)能、功能復(fù)合三個(gè)方面發(fā)展的探索及成果。

軸承 軸承裝備 軸承座 球板

近年來(lái)，隨著全球能源問(wèn)題越來(lái)越突出，各行業(yè)都在倡導(dǎo)綠色環(huán)保、走可持續(xù)發(fā)展道路。機(jī)械制造作為傳統(tǒng)的高能耗行業(yè)之一，在節(jié)能減排、減少單位產(chǎn)值能耗方面的壓力日益凸顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)滾動(dòng)軸承產(chǎn)量達(dá)到200億套的規(guī)模，產(chǎn)銷(xiāo)量已位居世界第三，是名副其實(shí)的世界軸承生產(chǎn)大國(guó)。如果在軸承制造行業(yè)推出高精高效、節(jié)能環(huán)保的制造裝備，對(duì)于加快我國(guó)建設(shè)環(huán)境友好、節(jié)約型社會(huì)，以及促進(jìn)軸承制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)都具有重大意義。

1 設(shè)備高精高效化的探索

高精度，在軸承制造裝備上是最基本的要求，即能夠勝任精度指標(biāo)要求苛刻的軸承零件制造需求。在這方面，國(guó)內(nèi)主要軸承裝備制造商的產(chǎn)品，已經(jīng)逐步縮小了與發(fā)達(dá)國(guó)家軸承裝備的差距，目前已經(jīng)能夠滿(mǎn)足包括外資企業(yè)在內(nèi)的、多數(shù)軸承生產(chǎn)廠家的要求。在此所說(shuō)的高精高效化，是在具備高精度的基礎(chǔ)或前提下，提升軸承裝備的生產(chǎn)效率。最終目的是在消耗同樣資源的情況下，生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品，是綠色發(fā)展理念的具體體現(xiàn)。主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

（1）采用新工藝，主要表現(xiàn)在CBN新型磨料的推廣應(yīng)用。首先是在軸承磨床上使用CBN新型磨料磨削。3MK203B磨床磨削6201型和6205型軸承內(nèi)孔的試驗(yàn)情況見(jiàn)表1。

在6201型磨削中，CBN砂輪每天的耗費(fèi)成本比普通砂輪成本多了43.65元，但是CBN砂輪的工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通砂輪，8小時(shí)可以多生產(chǎn)832件工件，節(jié)省了很多更換砂輪和修整砂輪的時(shí)間，從而讓人工可以更輕松的操作。在6205型的磨削中，CBN砂輪每天的耗費(fèi)成本比普通砂輪成本只多了0.84元，但是CBN砂輪的工作效率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通砂輪，8小時(shí)可以多生產(chǎn)302件工件。

表1 CBN砂輪與普通砂輪磨削軸承比較

實(shí)驗(yàn)證明，使用CBN砂輪無(wú)論是從效率還是成本上看，都是名符其實(shí)的高效、低成本，而且使用CBN砂輪，使得工件的精度更加穩(wěn)定，外觀（花紋）也有所改進(jìn)，相比傳統(tǒng)的剛玉砂輪，CBN砂輪更加適應(yīng)于軸承磨削行業(yè)。CBN砂輪具有高速、高效、高加工質(zhì)量、長(zhǎng)壽命、低成本的特點(diǎn)，可作為數(shù)控軸承磨床高效、高精度磨削的首選。

（2）在鋼球設(shè)備的光球、磨球球板上采用CBN超硬材料涂層。現(xiàn)有的光球、磨球工藝導(dǎo)致鑄鐵材料的球板即便是淬硬處理，耐磨性仍然較差，修磨、更換球板浪費(fèi)大量的時(shí)間，使得生產(chǎn)效率大受影響。如何提高此類(lèi)球板的使用壽命，是目前鋼球制造行業(yè)所面臨的難題。為此已經(jīng)嘗試在光球、磨球球板溝槽表面采用CBN涂層，大幅度提高其表面硬度，進(jìn)而提升其球板的耐磨性，以期光球、磨球球板也能達(dá)到或接近研球球板的使用壽命。

（3）提高設(shè)備自動(dòng)化程度，主要表現(xiàn)在開(kāi)發(fā)自動(dòng)化程度更高的細(xì)分專(zhuān)用裝備、原有設(shè)備的自動(dòng)化升級(jí)。如：開(kāi)發(fā)QTK10數(shù)控軸承座球面孔鏜床、XK9890數(shù)控圓臺(tái)銑床、3ML4780D立式研球機(jī)增加自動(dòng)卸球裝置等。

QTK10數(shù)控軸承座球面孔鏜床開(kāi)創(chuàng)性的采用了集粗鏜、精鏜、挖槽于一體的多功能鏜頭，主要用于替代數(shù)控車(chē)床加工外球面軸承座孔（如圖1、2所示）。相對(duì)于數(shù)控車(chē)床，該機(jī)床在提高效率方面的優(yōu)勢(shì)有：實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化上下料、自動(dòng)化供排料，自動(dòng)化程度高，可一人操作多機(jī)。由于該類(lèi)零件為非回轉(zhuǎn)體且重心嚴(yán)重偏移，而鏜削時(shí)采用刀具旋轉(zhuǎn)加工工件方式，相對(duì)于車(chē)削時(shí)工件旋轉(zhuǎn)加工工件方式來(lái)說(shuō)，刀具旋轉(zhuǎn)慣性和重心偏移更小，切削線速度有所提升，單刃切削量相同的情況下，加工周期更短，效率更高。

圖1 數(shù)控軸承座球面孔鏜床

圖2 加工外球面軸承座孔

XK9890數(shù)控圓臺(tái)銑床則是完全替代現(xiàn)有人工修磨球板到球口的工作，屬于填補(bǔ)國(guó)內(nèi)行業(yè)空白的專(zhuān)用機(jī)床。傳統(tǒng)人工修磨的方式具有操作環(huán)境惡劣、對(duì)工人技藝要求高、幾何精度可控性差等缺點(diǎn)。而采用該機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工導(dǎo)球口、修磨球板端面等，不僅效率高于人工修磨，同時(shí)實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能，加工精度也大大提高（如圖3、4所示）。

圖3 加工中的球板導(dǎo)球口

圖4 加工完成的球板導(dǎo)球口

3ML4780D立式鋼球研球機(jī)為滿(mǎn)足用戶(hù)自動(dòng)卸球的需要、降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度、提高鋼球加工的精度和效率，對(duì)輸球?qū)Лh(huán)結(jié)構(gòu)改進(jìn)，即通過(guò)料盤(pán)殼與料盤(pán)芯分離，料盤(pán)芯旋轉(zhuǎn)，料盤(pán)殼不旋轉(zhuǎn)，料盤(pán)殼開(kāi)卸球缺口，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸球，該結(jié)構(gòu)的成功使用，使得鋼球制造突破傳統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)成為可能，如圖5所示。

圖5 料盤(pán)自動(dòng)卸球結(jié)構(gòu)示意圖

2 設(shè)備環(huán)保節(jié)能的探索

設(shè)備環(huán)保節(jié)能主要體現(xiàn)在減少環(huán)境的污染源，降低設(shè)備的能源消耗，采用環(huán)保材料等。

首先是立式鋼球研球機(jī)電動(dòng)加壓代替液壓缸加壓。先前生產(chǎn)的立式鋼球研球機(jī)采用液壓加壓，油液要根據(jù)壽命周期定期更換，油缸的密封圈存在油液泄漏的隱患，會(huì)影響鋼球加工精度，同時(shí)漏油會(huì)污染研磨液，已經(jīng)不能符合綠色環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)。為此，新開(kāi)發(fā)了3ML4780D立式鋼球研球機(jī)，采用蝸輪蝸桿減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠加壓解決了這些問(wèn)題。由于采用了減速電機(jī)電動(dòng)加壓，不僅克服了使用液壓系統(tǒng)帶來(lái)的油品損耗、污染環(huán)境等問(wèn)題，同時(shí)由于電機(jī)所帶的蝸輪蝸桿減速器本身具有自鎖功能，減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠加壓后的保壓階段不需要持續(xù)通電，相對(duì)液壓加壓可節(jié)約電力消耗。

其次是非金屬基礎(chǔ)件的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)的軸承磨床主要基礎(chǔ)件均為灰鑄鐵材質(zhì)，而國(guó)外高端磨床基礎(chǔ)件通常采用天然或人造大理石（如圖6所示），其優(yōu)點(diǎn)主要在于：低溫成型制作工藝，無(wú)殘余應(yīng)力，幾何精度保持性良好，熱穩(wěn)定性強(qiáng)，熱傳導(dǎo)率為鑄鐵的1/25，短期環(huán)境溫度的變化不會(huì)對(duì)機(jī)床磨削加工產(chǎn)生負(fù)面影響，從而保持穩(wěn)定的加工精度，阻尼性能高，振動(dòng)衰減能力是灰鑄鐵的10倍，有效減少機(jī)床共振的風(fēng)險(xiǎn)。在節(jié)能環(huán)保方面更勝一籌，人造大理石基礎(chǔ)件制造取材環(huán)保、不需要像灰鑄鐵那樣需要經(jīng)過(guò)冶煉、澆注、熱時(shí)效等高耗能生產(chǎn)環(huán)節(jié)。這是開(kāi)發(fā)下一代高端軸承磨床發(fā)展的必經(jīng)之路。

圖6 采用人造大理石床身的磨床

3 設(shè)備功能復(fù)合化的探索

軸承裝備功能復(fù)合化的目的是根據(jù)某些軸承制造工藝的需要，可以減少一次性設(shè)備類(lèi)型、數(shù)量的投入，在生產(chǎn)過(guò)程中可最大限度優(yōu)化設(shè)備產(chǎn)能配比、有效提升設(shè)備利用率，減少資源浪費(fèi)。

首先是同工序類(lèi)型的復(fù)合化。在這方面已經(jīng)開(kāi)發(fā)了軸承外滾道復(fù)合磨床、軸承內(nèi)徑復(fù)合磨床、角接觸軸承溝道與斜坡復(fù)合磨床等磨削工序復(fù)合型軸承磨床。主要應(yīng)用場(chǎng)合如下：

（1）在加工余量較大的軸承套圈時(shí)，多采用粗、精兩次磨削的加工方式，傳統(tǒng)的加工方法是采用兩臺(tái)機(jī)床進(jìn)行加工，其中的一臺(tái)進(jìn)行粗磨，粗磨完畢再?gòu)囊慌_(tái)機(jī)床搬運(yùn)到另一臺(tái)機(jī)床進(jìn)行精密加工。傳統(tǒng)加工方法的缺點(diǎn)：其一是在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，需要人工進(jìn)行搬運(yùn)，浪費(fèi)了一定的人力資源；其二是零件從一臺(tái)機(jī)床搬運(yùn)到另一臺(tái)機(jī)床再次進(jìn)行加工時(shí)，由于是人工將工件放置到精加工機(jī)床料道內(nèi)，加工工件的基準(zhǔn)面有可能與粗加工基準(zhǔn)面不一致，從而影響工件的加工精度。

軸承外滾道復(fù)合磨削技術(shù)和軸承內(nèi)徑復(fù)合磨床，主要是將粗、精兩道加工工序放到一臺(tái)機(jī)床上來(lái)進(jìn)行加工。

（2）在加工角接觸球軸承內(nèi)、外套圈時(shí)，先加工斜坡，再加工溝道。由于在加工溝道及斜坡時(shí)，兩道加工工序的尺寸差均不能達(dá)到有效的控制，工件的鎖口高度也就得不到很好的控制。另外，溝道與斜坡交接處為棱角，很容易碰傷鋼球，影響軸承的精度。采用角接觸球軸承溝道與斜坡復(fù)合磨削技術(shù)將溝道與斜坡同時(shí)進(jìn)行磨削。修整砂輪時(shí)，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)精密圓弧修整器，修出復(fù)合面，進(jìn)行切入磨削。采用復(fù)合磨削，可以減少機(jī)床數(shù)量，減少操作工數(shù)量，節(jié)約資源。

復(fù)合磨削加工技術(shù)的實(shí)施，一方面大大減少了機(jī)床占用面積，節(jié)約了土地資源；另一方面，操作人員數(shù)量可以減少50%，節(jié)約人力資源效果十分突出。

（3）不同工序類(lèi)型的復(fù)合化。開(kāi)發(fā)的數(shù)控車(chē)磨加工中心，可在一次裝夾中實(shí)現(xiàn)外圓、端面、內(nèi)孔及溝道的高效、高精度的復(fù)合加工，滿(mǎn)足三、四代汽車(chē)輪轂軸承內(nèi)、外法蘭等高精度軸套類(lèi)零件的加工需求。該機(jī)床具有四個(gè)車(chē)刀位、四個(gè)磨頭位，能夠自動(dòng)裝夾、在線測(cè)量，技術(shù)融合度極高。該類(lèi)機(jī)床由于工序集中、柔性較強(qiáng)，不僅可以減少設(shè)備投入量、也為小批量產(chǎn)品生產(chǎn)、轉(zhuǎn)產(chǎn)提供了便捷，減少設(shè)備類(lèi)型的投入。

4 結(jié)語(yǔ)

企業(yè)在軸承裝備研發(fā)方面注重高精高效、節(jié)能環(huán)保及功能復(fù)合化，是適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)和軸承行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。在這樣背景下，涌現(xiàn)出了一些新型的軸承裝備，盡管取得了一定的成效，也僅是剛邁開(kāi)走向綠色發(fā)展道路的步伐，今后還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走?！扒Ю镏校加谧阆隆?，只要在這方面不懈努力，有軸承行業(yè)用戶(hù)的大力支持，相信會(huì)取得不斷的進(jìn)步，對(duì)于加快我國(guó)建設(shè)環(huán)境友好、節(jié)約型社會(huì)，以及促進(jìn)軸承制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展具有重大意義。

[1] 王素保.CBN砂輪在軸承磨削行業(yè)的應(yīng)用[C].軸承工藝裝備研究與開(kāi)發(fā)論文集,2014.

[2] 張海鵬,王世峰.關(guān)于國(guó)內(nèi)軸承工藝裝備研發(fā)和市場(chǎng)的思考[C].軸承工藝裝備研究與開(kāi)發(fā)論文集,2014.

[3] 李伯民,李青,趙波.磨料、磨具與磨削技術(shù)（平裝）[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2011,4.

[4] 陳建立.對(duì)采用礦物材料澆鑄銑床床身的研究[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2012,04.