中小型軸承零件硬車削工藝試驗(yàn)

張亭亭，張林，于琦，李紅

(1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039;2.河南省高性能軸承技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471039；3.滾動(dòng)軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039)

符號(hào)說明

Ke—— 外圈滾道對(duì)外徑面的厚度變動(dòng)量

Ra——表面粗糙度

SD——外徑面素線對(duì)基準(zhǔn)端面的傾斜度變動(dòng)量

VCs—— 外圈寬度變動(dòng)量

VDp—— 單一徑向平面外徑變動(dòng)量

ΔCir—— 圓度誤差

傳統(tǒng)車加工效率高、經(jīng)濟(jì)性好，但受機(jī)床和刀具的限制，只能加工硬度不大于55 HRC的工件。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，高性能機(jī)床和高硬度材料刀具飛躍發(fā)展，使硬車削技術(shù)不斷進(jìn)步，逐漸實(shí)現(xiàn)了淬硬鋼、冷硬鑄鐵等高硬材料的半精加工、精加工以車代磨[1-5]，近年來在軸承行業(yè)也得到一些應(yīng)用，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

硬車削相對(duì)磨削加工顯現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)：硬車削和普通車削可以在同一臺(tái)機(jī)床上完成，節(jié)省場(chǎng)地和成本；硬車削的金屬切削率是磨削的4～6倍；硬車削為單點(diǎn)切削，不需要磨床的成形砂輪，產(chǎn)品換型、工裝調(diào)整更方便，對(duì)于復(fù)雜輪廓零件的加工更具優(yōu)勢(shì)。硬車削在大型軸承零件加工方面已日趨成熟[6]，但中小型軸承零件的加工應(yīng)用還較少，對(duì)于種類多、批量小的軸承，隨著市場(chǎng)對(duì)軸承交付周期要求的縮短，原有工藝已很難適應(yīng)生產(chǎn)需求，因此，開展工藝試驗(yàn)探索硬車削加工中小尺寸軸承零件的方案可行性。

1 試件

試驗(yàn)選取3種中小型軸承零件為試驗(yàn)對(duì)象，試件基本參數(shù)見表1。

空心圓柱滾子結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)指標(biāo)如圖1所示，滾子為非標(biāo)結(jié)構(gòu)，滾子輪廓修緣，凸度較大。滾子生產(chǎn)批量小，組配時(shí)按一定的尺寸公差分組，批直徑變動(dòng)量、圓度和直線度為非重點(diǎn)考核指標(biāo)，成品滾子主要精度指標(biāo)見表2。

表1 3種試件基本參數(shù)

圖1 某型空心圓柱滾子結(jié)構(gòu)

表2 某型空心圓柱滾子技術(shù)指標(biāo) μm

5302/01和3206/01均為雙溝結(jié)構(gòu)，形狀類似，成品套圈主要精度指標(biāo)分別見表3、表4。其中，3206/01對(duì)溝心距的要求非常嚴(yán)格，其溝道精加工主要精度指標(biāo)如圖2所示。

表3 5302/01技術(shù)指標(biāo) μm

表4 3206/01技術(shù)指標(biāo) μm

圖2 3206/01溝道精加工主要指標(biāo)

2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用美國(guó)哈挺公司的臥式高精度數(shù)控車床ELITE 51 ULTRA，機(jī)床主軸徑向跳動(dòng)小于0.5 μm ，軸向跳動(dòng)小于0.5 μm，最大加工尺寸為φ294 mm。選用進(jìn)口SANDVIK的CBN刀具。

空心圓柱滾子以中心孔定位，一次裝夾完成端面及外徑面的加工。5302/01和3206/01以內(nèi)徑面為基準(zhǔn)面，加工外徑面和一個(gè)端面，再以加工后的端面和外徑面為基準(zhǔn)，加工另一個(gè)端面和溝道。

根據(jù)軸承零件的加工余量(表5)確定零件端面、外徑面切削參數(shù)為：工件轉(zhuǎn)速800 r/min；切削速度0.5 m/min；進(jìn)給量0.03 mm/r；背吃刀量0.05 mm。套圈溝道切削參數(shù)為：工件轉(zhuǎn)速1 000 r/min；切削速度0.3 m/min；進(jìn)給量0.02 mm/r; 背吃刀量0.03 mm。

表5 軸承零件加工余量 mm

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

軸承零件硬車削后精度指標(biāo)見表6～表8。

表6 圓柱滾子硬車削后精度指標(biāo) μm

表7 5302/01硬車削后精度指標(biāo) μm

表8 3206/01硬車削后精度指標(biāo) μm

由表可知，選取的3種軸承零件，硬車削后主要精度指標(biāo)都達(dá)到了技術(shù)要求，尤其對(duì)于加工精度要求最高的溝道，其圓度不僅達(dá)到了工藝要求，甚至比傳統(tǒng)的磨削加工精度(表9)更高。

表9 5302與3206外圈溝道圓度對(duì)比 μm

另外對(duì)有特殊要求的3206/01溝心距和溝形誤差進(jìn)行了測(cè)量，硬車削后溝心距為(13.38±0.003)mm，溝形誤差為7～9.5 μm。硬車削通過刀具的插補(bǔ)進(jìn)給進(jìn)行加工，最小進(jìn)給量可達(dá)0.2 μm，設(shè)備自身整體剛性好，插補(bǔ)出的半徑形狀精度較高。

4 結(jié)論

1)對(duì)于批量較小且結(jié)構(gòu)特殊的中小型軸承零件，其精加工可以采用硬車削的加工方法，加工精度能夠滿足工藝要求，且加工效率高。

2)對(duì)于類似雙溝結(jié)構(gòu)的軸承零件，采用硬車削的加工方法能夠很好的保證兩溝的溝心距，在一定程度上能彌補(bǔ)傳統(tǒng)磨加工設(shè)備的不足，同時(shí)也提高了加工效率。