軸承滾壓加工在零件車削精加工中應(yīng)用研究

孫 靜

(吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 吉林吉林 132013)

一、研究的意義

隨著機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展，零件的加工效率和加工精度是企業(yè)追求的生產(chǎn)目標(biāo)之一。然而，在金屬材料切削加工過(guò)程中，人們已經(jīng)通過(guò)合理編排加工工藝，添加半精加工和精加工工序來(lái)實(shí)現(xiàn)提高零件尺寸精度和表面粗糙度，很多企業(yè)在批量生產(chǎn)中廣泛采用磨削加工來(lái)提高零件的表面粗糙度。然而在一些規(guī)模不大的加工單位，小批量生產(chǎn)或者生產(chǎn)批量不大時(shí)如果只為了提高零件的精度，只采用車削精加工很難達(dá)到要求的尺寸精度和表面粗糙度。如果采購(gòu)磨床又額外增加了加工成本，本次研究?jī)?nèi)容擬針對(duì)我校學(xué)生普通車削實(shí)習(xí)時(shí)零件表面精度不達(dá)標(biāo)這一情況進(jìn)行研究。在研究中發(fā)現(xiàn)，很多高精密零件在加工過(guò)程中都采用了滾壓等光整加工方法，所以，本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外滾壓加工現(xiàn)狀和方法機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，引入軸承滾壓加工方法，旨在解決小批或中批量生產(chǎn)中減少工藝步驟，降低生產(chǎn)成本并能提高零件的精加工表面質(zhì)量的方法[1]。

二、國(guó)內(nèi)外研究狀況

在對(duì)國(guó)內(nèi)外滾壓加工研究的資料和調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，我國(guó)現(xiàn)在也有很多滾壓加工技術(shù)，如磁力滾壓技術(shù)是依據(jù)磁力驅(qū)動(dòng)原理完成對(duì)非導(dǎo)磁管類工件內(nèi)表面滾壓加工的一種新型加工工藝。激光輔助滾壓技術(shù)始于20世紀(jì)70年代，通過(guò)脈沖激光和傳統(tǒng)表面滾壓相結(jié)合，利用強(qiáng)脈沖激光產(chǎn)生沖擊波來(lái)對(duì)材料進(jìn)行強(qiáng)化，使材料表面產(chǎn)生高密度的位錯(cuò)，在材料表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，從而提高材料表面的機(jī)械性能的一種加工工藝方法，國(guó)外的研究現(xiàn)狀基本和我國(guó)程度相似。這些加工工藝方法都是在批量生產(chǎn)中引進(jìn)專用設(shè)備進(jìn)行滾壓加工。

三、研究條件

根據(jù)我院實(shí)訓(xùn)條件和所用設(shè)備，使用車床加工碳素鋼零件時(shí)，出現(xiàn)加工表面質(zhì)量不高的問(wèn)題，我們進(jìn)行了研究，并考慮在零件批量生產(chǎn)中，不使用磨削設(shè)備，直接在車床上完成零件的精加工并能達(dá)到較高的加工精度。所以，我們?cè)O(shè)計(jì)采用軸承滾壓加工方式來(lái)提高零件的表面質(zhì)量和加工效率。研究團(tuán)隊(duì)成員查閱了國(guó)內(nèi)滾壓加工的資料和技術(shù)視頻，并根據(jù)軸承材料和功能的特點(diǎn)，自制刀桿，并將軸承安裝在刀桿上作為切削刀具實(shí)現(xiàn)滾壓加工。如果要提高車削零件的表面質(zhì)量和尺寸精度，還需要考慮加工不同類型，不同批量的零件，大家查閱了大量的切削參數(shù)的文章和實(shí)踐數(shù)據(jù)，旨在采用軸承滾壓加工，加工軸類零件的精加工工藝并降低生產(chǎn)成本，并能達(dá)到比車削精加工更高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[2]。

四、主要研究目標(biāo)

本文對(duì)軸類零件車削中不采用磨床，直接在車床上加工零件能達(dá)到更好精度的方法進(jìn)行研究。

車削加工是軸類零件的主要加工方法，能車削各種鋼材、鑄件等金屬，可車削玻璃鋼、尼龍、膠木等非金屬，又能對(duì)不易進(jìn)行磨削的有色金屬工件進(jìn)行精加工。車削加工屬于等截面連續(xù)切削，切削過(guò)程中力很小，切削過(guò)程平穩(wěn)，可進(jìn)行高速切削和強(qiáng)力切削，生產(chǎn)率高。車削加工的精度等級(jí)能達(dá)到IT12-IT7之間，表面粗糙度Ra為12.5-0.8μm，適用于工件的粗加工、半精加工和精加工[3]。

在加工小批量零件或中批量零件時(shí)，表面粗糙度0.8以上的零件在車削加工中就很難獲得，有條件的企業(yè)只能改變加工工藝，采用磨削加工。磨削加工是一種精密的切削方法，能獲得高精度和低粗糙度的表面，也能切削硬度較高的或某些難切削材料。磨削精度的公差等級(jí)可以達(dá)到IT7-IT5，表面粗糙度Ra值為0.8-0.2μm。

針對(duì)我院的實(shí)訓(xùn)條件和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，軸類零件加工過(guò)程中精加工是車削的最后一道工序，零件加工后的表面粗糙度等級(jí)很難達(dá)到1.6μm以下。而對(duì)于機(jī)床轉(zhuǎn)軸這樣重要的傳動(dòng)零件這個(gè)精度不能滿足使用要求，所以研究團(tuán)隊(duì)成員針對(duì)當(dāng)今機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出將滾動(dòng)軸承作為滾壓工具應(yīng)用在車削軸類重要零件的精加工中。滾動(dòng)軸承工作時(shí)，內(nèi)、外圈與滾動(dòng)體的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)使其接觸面受到強(qiáng)烈的摩擦，所以所用的材料具有高耐磨性，工作時(shí)載荷集中作用于局部區(qū)域，使接觸處容易出現(xiàn)凹坑，所以材料要具有一定的硬度和接觸疲勞強(qiáng)度。軸承所用的材料都是專用軸承鋼制造，含碳量為0.95%-1.10%，為了提高耐磨性也加入了一些合金元素。本次研究擬選用軸承作為滾壓加工工具也是考慮到在零件精車時(shí)利用軸承和工件之間的一次擠壓加工達(dá)到零件的尺寸精度和表面質(zhì)量要求，切削過(guò)程平穩(wěn)，加工成本低，不用增加磨削工藝即可達(dá)到要求。同時(shí)，在加工時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)表面硬化現(xiàn)象，加工后的軸類零件的表面硬度會(huì)高于車削和磨削加工，而且不易生銹[4]。

五、研究?jī)?nèi)容

在研究過(guò)程中，首先設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承作為加工工具的碳素鋼刀具，根據(jù)學(xué)生的實(shí)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)刀桿尺寸，加工的零件類型主要是長(zhǎng)軸、短軸、圓錐面等特征，使所設(shè)計(jì)的刀具能應(yīng)用在這些實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中。這樣也可以減少加工成本，實(shí)現(xiàn)一刀多用[5]。

根據(jù)零件的特征留出足夠的精加工余量，在一次走刀中能將余量切除并達(dá)到尺寸公差要求。

調(diào)整加工過(guò)程中的加工參數(shù)，包括切削速度和進(jìn)給量，使得切削過(guò)程平穩(wěn)。

觀察加工過(guò)程中的現(xiàn)象，通過(guò)軸承滾壓加工能否改善軸類零件的表面組織，達(dá)到工件加工硬化的目的。

六、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)軸承滾壓加工在零件精加工車削中的應(yīng)用技術(shù)能在保證降低加工成本、減少工序的前提下提高零件表面精度。在研究過(guò)程中需要制作滾壓刀具，調(diào)整切削參數(shù)，合理使用切削液，以達(dá)到零件精加工的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。