浮動(dòng)支承在薄壁軸承套圈磨削中的應(yīng)用分析

郝雪玲，孫立才

（1.洛陽(yáng)軸承研究所有限公司，河南 洛陽(yáng) 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(yáng) 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(yáng) 471039）

在套圈的磨加工過(guò)程中，端面和外徑面始終是作為其他工序加工的基準(zhǔn)，其質(zhì)量直接決定了成品的精度。薄壁套圈，特別是大尺寸薄壁套圈磨削時(shí)主要存在兩方面的難題：一是端面翹曲，二是磨削變形。對(duì)于前者，可采用MKD7675雙端面磨床和ELC1200型研磨機(jī)有效控制[1]；對(duì)于后者，目前尚無(wú)較好的解決辦法，只能通過(guò)增加磨削次數(shù)即多遍磨削的方式來(lái)控制變形，不僅延長(zhǎng)了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，還大量占用人力和設(shè)備資源。如何通過(guò)控制磨削變形來(lái)減少套圈磨削次數(shù)，提高生產(chǎn)效率，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。

1 薄壁軸承外徑磨削方法及支承

大尺寸薄壁軸承外徑的磨削主要在3M2125外圓磨床上進(jìn)行，工件的支承方式一般有2種：第1種采用兩固定支點(diǎn)的電磁無(wú)心夾（圖1）；第2種采用具有一定浮動(dòng)功能的支承（圖2）。對(duì)于薄壁套圈，采用兩點(diǎn)支承磨削時(shí)容易變形，并且前、后支承的角度以及偏心調(diào)整難度較大。采用第2種具有一定浮動(dòng)功能的支承時(shí)，成圓能力將有所提高，在大尺寸薄壁軸承外徑的磨削中較多采用。

圖1 常規(guī)固定支承磨削外徑示意圖Fig.1 Diagram of conventional fixed supporting for grinding of outer diameter

圖2 浮動(dòng)支承磨削外徑示意圖Fig.2 Diagram of floating supporting for grinding of outer diameter

2 浮動(dòng)支承

具有浮動(dòng)功能的普通浮動(dòng)支承在磨削進(jìn)給量小的情況下，雖然可有效提高薄壁套圈的成圓能力，但仍需要多次磨削去除余量，效率難以滿足生產(chǎn)需求。為進(jìn)一步發(fā)揮浮動(dòng)支承的優(yōu)異性能，采用浮動(dòng)性能更優(yōu)的8支點(diǎn)浮動(dòng)支承（圖3），其具有極好的彈性，8個(gè)浮動(dòng)支點(diǎn)均勻支承外徑面，增加了套圈的支承剛性，減小了磨加工時(shí)的變形。以B70851外圈為例進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

圖3 浮動(dòng)支承Fig.3 Floating supporting

3 實(shí)例分析與工藝優(yōu)化

B70851外圈的尺寸及精度如圖4所示，其壁厚系數(shù)（外徑／內(nèi)徑）＝1.036＜1.143，屬于薄壁系列，原磨加工工藝流程為：粗磨端面→粗磨外徑面→粗磨內(nèi)徑面→粗磨外溝→車(chē)倒角及密封槽→細(xì)研端面→細(xì)磨外徑面→終磨內(nèi)徑面→細(xì)磨外溝→終研端面→終磨外徑面→終磨外溝→超精外溝→修研外徑面。原工藝采用3次磨削，效率低，由于采用浮動(dòng)支承粗磨外徑面即可獲得較好的精度，綜合考慮后續(xù)加工可能引起的變形，優(yōu)化工藝方案為：將原3次磨削減少為2次磨削；為進(jìn)一步提高效率，粗磨內(nèi)徑面和粗磨溝道采用精車(chē)，與倒角和密封槽合并為一個(gè)工序加工。

圖4 B70851產(chǎn)品尺寸及精度Fig.4 Size and accuracy of B70851

浮動(dòng)支承的使用方法如圖5a所示[2]，但在外徑面磨削時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)齻F(xiàn)象，調(diào)整磁力、冷卻水流量、砂輪牌號(hào)等，燒傷現(xiàn)象并未明顯改善，減小磨削進(jìn)給量后，燒傷現(xiàn)象有所改善，但大大降低了該工序的效率。經(jīng)過(guò)分析，得出燒傷的原因?yàn)?個(gè)浮動(dòng)支點(diǎn)和固定支點(diǎn)與外徑面之間的摩擦力過(guò)大，導(dǎo)致套圈瞬時(shí)停轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速不均勻。為充分發(fā)揮浮動(dòng)支承磨削薄壁套圈的優(yōu)勢(shì)，對(duì)其使用方法進(jìn)行改進(jìn)，去除固定支承，并將浮動(dòng)支承逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一定角度，如圖5b所示。用部分浮動(dòng)支點(diǎn)代替原來(lái)的固定支點(diǎn)，從而減小摩擦力，同時(shí)使工件在浮動(dòng)支承的支點(diǎn)和砂輪與工件的接觸點(diǎn)所形成的區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定磨削，快速成圓。

圖5 浮動(dòng)支承的調(diào)整方式Fig.5 Adjusting methods of floating supporting

通過(guò)試驗(yàn)對(duì)浮動(dòng)支承的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行調(diào)整，在旋轉(zhuǎn)角 α為10°，20°，30°下分別進(jìn)行磨削，各角度下選用單一平面外徑變動(dòng)量VDsp（橢圓度）和平均外徑變動(dòng)量VDmp（棱圓度）基本一致的3個(gè)工件，磨削后檢測(cè)外徑圓度，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1數(shù)據(jù)可知，當(dāng)α＝10°時(shí)，橢圓度較好，但棱圓度較差；當(dāng)α＝30°時(shí)，結(jié)果與此相反；當(dāng)α＝20°時(shí)，橢圓度和棱圓度均取得較好效果。在確定浮動(dòng)支承的最佳調(diào)整角度后，對(duì)B70851軸承進(jìn)行工藝優(yōu)化試驗(yàn)。

表1 不同支承角度下粗磨后套圈的精度Tab.1 Accuracy of rings after rough grinding at different supporting angles

B70851原工藝采用3遍磨，其中外徑各工序的余量和精度見(jiàn)表2。試驗(yàn)選用40件外圈進(jìn)行粗磨，為提高效率及確定毛坯余量，粗磨余量按照將原始橢圓消除（零件去黑皮）后再去除0.05mm的原則進(jìn)行，粗磨后將上述外圈的內(nèi)徑面、溝道、密封槽、倒角進(jìn)行車(chē)加工，加工后檢測(cè)外徑的橢圓度和棱面度，結(jié)果見(jiàn)表3。由表2、表3可以看出：

表2 B70851原工藝的工序余量和精度Tab.2 Process margin and accuracy of original processes for B70851

表3 粗磨及精車(chē)后零件的精度Tab.3 Accuracy of parts after rough grinding and finish turning mm

1）外徑粗磨后，套圈的橢圓度和棱圓度均十分理想，證明支承的調(diào)整角度合理。

2）17件套圈（占比43%）的精度已達(dá)到原工藝終磨的要求，其余23件套圈（占比57%）的精度達(dá)到原工藝細(xì)磨的要求。此外，車(chē)加工后僅7＃，8＃，10＃，18＃，33＃套圈變形較大，超過(guò)原工藝細(xì)磨的要求，但仍在可接受的范圍。在此基礎(chǔ)上，套圈再進(jìn)行1次終磨即可達(dá)到圖紙規(guī)定的各項(xiàng)精度指標(biāo)，由此可見(jiàn)B70851采用2遍磨削的車(chē)、磨結(jié)合工藝是完全可行的，優(yōu)化前后的工藝見(jiàn)表4。優(yōu)化后，磨加工工藝由原來(lái)的18個(gè)工序減少為10個(gè)工序，外徑車(chē)加工余量可減少0.5 mm，極大地縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。

表4 B70851外圈工藝流程對(duì)比Tab.4 Comparison of processes for outer ring of B70851

4 結(jié)束語(yǔ)

1）對(duì)浮動(dòng)支承的使用安裝方法進(jìn)行了深入探索，采用全新的安裝調(diào)整方式解決了磨削時(shí)的燒傷問(wèn)題，并通過(guò)試驗(yàn)得出了角度調(diào)整范圍以及最佳調(diào)整角。

2）對(duì)B70851外圈進(jìn)行小批量工藝試驗(yàn)，確定了優(yōu)化工藝。優(yōu)化后，磨加工工藝由原來(lái)的18個(gè)工序減少為10個(gè)工序，外徑車(chē)加工余量可減少0.5mm。