耐熱鋼無油溝寬擋邊圓柱滾子軸承外圈滾道與擋邊的磨削加工

曲紅利，吳曉明

(1.洛陽(yáng)LYC軸承有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039；2.航空精密軸承國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471039)

1 圓柱滾子軸承外圈結(jié)構(gòu)

常規(guī)的帶擋邊圓柱滾子軸承外圈為如圖1所示的雙擋邊外圈，設(shè)計(jì)時(shí)考慮工藝加工方法，在滾道與擋邊交接處設(shè)置有工藝油溝，油溝尺寸m，m1，m2根據(jù)產(chǎn)品大小已形成系列。對(duì)于此類產(chǎn)品，磨加工工藝采用擋邊和滾道分開加工的工藝方式，油溝相當(dāng)于空刀槽。對(duì)于薄、窄系列的高速軸承套圈，若仍采用帶油溝結(jié)構(gòu)，將降低產(chǎn)品的某些性能(如承載、抗疲勞、使用壽命等)。為了滿足使用性能，新型無油溝帶擋邊圓柱滾子軸承外圈采用了滾道與擋邊之間圓弧過渡的設(shè)計(jì)，無油溝雙擋邊圓柱滾子軸承外圈結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 帶油溝雙擋邊圓柱滾子軸承外圈

圖2 無油溝雙擋邊圓柱滾子軸承外圈

2 復(fù)合磨削方法

無油溝雙擋邊圓柱滾子軸承外圈終磨滾道與擋邊常規(guī)的復(fù)合磨削方法如圖3所示，采用比滾道寬度大約2 mm的砂輪，修整砂輪外徑及兩端面，使之尺寸、角度與滾道寬度、擋邊角度相符，直接縱向進(jìn)給，先磨削擋邊，然后磨削滾道，滾道與擋邊的過渡圓弧靠砂輪的自然脫落形成。復(fù)合磨削滾道與擋邊的方法，對(duì)于材料為GCr15軸承鋼、16Cr2Ni4MoA滲碳鋼及Cr4Mo4V或8Cr4Mo4V耐熱鋼的內(nèi)圈和外圈擋邊寬度小于3 mm的產(chǎn)品，完全能夠滿足加工要求。

圖3 復(fù)合磨削方法示意圖

3 改進(jìn)后的磨削方法

3.1 擋邊磨削燒傷分析

實(shí)際生產(chǎn)中，材料為Cr4Mo4V或8Cr4Mo4V的耐熱鋼雙擋邊圓柱滾子軸承套圈，采用微晶剛玉(MA)砂輪進(jìn)行滾道磨削，效果良好。但采用此砂輪進(jìn)行復(fù)合磨削滾道與擋邊時(shí)，某些外圈擋邊常常產(chǎn)生磨削燒傷，而內(nèi)圈磨削沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象，經(jīng)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，這些外圈的擋邊寬度較寬，均在3 mm以上。分析產(chǎn)生磨削燒傷的原因?yàn)椋耗蜔徜摬牧橡ざ却?、硬度高，?dāng)外圈擋邊寬度較大時(shí)，復(fù)合磨削方式下砂輪縱向進(jìn)給磨削，砂輪兩側(cè)與寬擋邊的接觸面積大，不利于散熱，導(dǎo)致外圈在復(fù)合磨削滾道與擋邊時(shí)產(chǎn)生了擋邊燒傷。

從加快散熱，避免燒傷考慮，雖然采取更換多種磨削液及各種磨料、大氣孔的砂輪等措施，使散熱更快，但在復(fù)合磨削時(shí)，效果均不理想，擋邊仍有燒傷產(chǎn)生。

3.2 改進(jìn)后磨削方法

因帶擋邊圓柱滾子軸承外圈在實(shí)際加工中，例如初磨工序，分開加工滾道和擋邊時(shí)，即使是耐熱鋼材料，擋邊也不會(huì)產(chǎn)生燒傷。因此，針對(duì)Cr4Mo4V或8Cr4Mo4V耐熱鋼材料無油溝寬擋邊圓柱滾子軸承外圈滾道與擋邊的磨削制定出新的磨削工藝方法，采用分開磨削滾道和擋邊的一般圓柱滾子軸承磨削方式，關(guān)鍵是最終要保證滾道與擋邊之間過渡圓角的形成，并且不會(huì)產(chǎn)生燒傷。

新的磨削方法為：初磨分別磨削擋邊、滾道，允許兩者有輕微留臺(tái)(臺(tái)階為初磨滾道砂輪寬度比滾道寬度窄和初磨擋邊時(shí)為避免砂輪磨削到滾道所留的工藝臺(tái)階)現(xiàn)象，一般允許臺(tái)階在0.5 mm以內(nèi)，但需嚴(yán)格控制擋邊的厚度和位置，控制細(xì)磨、終磨時(shí)的擋邊留量為0.03～0.05 mm；細(xì)、終磨時(shí)，先磨滾道，且磨滾道時(shí)所用砂輪的寬度比滾道寬度窄0.15 mm左右，盡量使磨滾道后兩側(cè)所留的臺(tái)階小一些，以不影響滾道的加工；然后在切入磨機(jī)床上細(xì)、終磨擋邊。如圖4所示，砂輪修整成尖角進(jìn)到位，先橫向進(jìn)刀磨擋邊，再縱向進(jìn)給修磨掉臺(tái)階，并由砂輪自然脫落形成過渡圓角(圓弧半徑比滾道深0.003 mm左右，使超精或精研滾道具有合適的留量)，在此過程中，依靠輪廓儀測(cè)量形成的過渡圓弧，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整加工參數(shù)，擋邊的角度依靠調(diào)整床頭角度保證。

圖4 耐熱鋼無油溝寬擋邊圓柱滾子軸承外圈擋邊磨削示意圖

3.3 砂輪選擇

最初加工時(shí)砂輪選用通常單獨(dú)磨擋邊的樹脂結(jié)合劑(R)白剛玉磨料(WA)砂輪，選擇合適的砂輪、工件轉(zhuǎn)速，橫向與縱向進(jìn)給量均相對(duì)較小，一般控制在0.01 mm/min，特別是縱向進(jìn)給時(shí)，操作工需要根據(jù)磨削聲音和火花，并結(jié)合測(cè)量結(jié)果控制進(jìn)刀位置，形成合適的過渡圓弧。選用此種砂輪后，加工檢測(cè)擋邊沒有出現(xiàn)磨削燒傷，其他項(xiàng)目也符合產(chǎn)品要求。

由于樹脂結(jié)合劑(R)砂輪脫落較快，需要頻繁修整砂輪，以保持砂輪的尖角，才不會(huì)使自然形成的過渡圓弧變大，但頻繁修整砂輪，對(duì)定位精度調(diào)整有較大影響，從而影響加工速度。隨后試用了切入磨機(jī)床常用的陶瓷結(jié)合劑(V)白剛玉磨料(WA)砂輪，亦能保證產(chǎn)品要求，且相較樹脂結(jié)合劑砂輪的修整頻率降低，砂輪利用率也有所提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)工藝實(shí)踐探索，對(duì)Cr4Mo4V或8Cr4Mo4V耐熱鋼材料無油溝寬擋邊圓柱滾子軸承外圈滾道與擋邊采用新的工藝磨削方法，解決了擋邊磨削燒傷問題，總結(jié)出了加工中的主要加工參數(shù)，加工出的產(chǎn)品精度良好，完全能符合技術(shù)要求。但是這種加工方式進(jìn)給小，調(diào)整較為復(fù)雜，對(duì)操作工的技術(shù)水平及經(jīng)驗(yàn)要求較高，加工效率較低，無法大批量高效率的生產(chǎn)，仍需要進(jìn)一步研究如何提高生產(chǎn)效率。