高精度球面軸承的加工工藝過程分析

李樹余

摘要：本文主要對零件軸承球體的機(jī)械加工工藝存在的各種問題進(jìn)行了劃分與分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。通過實(shí)踐證明該工藝過程有效地解決了此零件難加工的問題。

關(guān)鍵詞：高精度軸承、加工工藝、過程剖析

一、前言

球面軸承零件的材料為高溫合金GH3030，內(nèi)孔要求公差等級為IT1級（公差0～0.012mm），外形球體公差等級也為IT1級，球面與內(nèi)孔兩端孔口邊緣最薄處不大于0.6mm，球形表面在L長度范圍內(nèi)有鍍層（圖1）。因該零件加工精度要求高，使鍍鉻表面加工存在一定難度。以下就此零件的制造加工工藝過程進(jìn)行分析。

二、難點(diǎn)分析

1.該零件的材料GH3030是難加工材料中的一種，其特性熔點(diǎn)高、脆性高。加工過程中易產(chǎn)生的熱量造成零件的變形;

2.內(nèi)孔和外球面的加工工序的確定;

3.鍍鉻過程中對端面和非鍍鉻層面的保護(hù)，鍍鉻外形幾何形狀的確定;

4.外球面加工過程中夾具的形式確定;

5.外球面加工精度的保證。

三、加工工藝過程分析

1.經(jīng)分析，球面軸承內(nèi)孔和外球面尺寸要求精度高，加工難度較大。如果先加工球面，利用數(shù)控車床可以較好的保證球面精度和厚度尺寸的一致性，但再加工內(nèi)孔時(shí)，只能裝夾球面。此加工方法切削余量大，加工過程中產(chǎn)生的熱量和切削力，會造成球面的夾傷和精度的破環(huán)。又因該零件壁薄，易造成零件在自由狀態(tài)尺寸的變化。因此確定粗加工時(shí)去量少，以增加壁厚尺寸，待完成內(nèi)孔加工后再加工外形球面的加工。

2.以內(nèi)孔定位加工外球面，那么定位夾具的設(shè)計(jì)形式將如何選擇？在傳統(tǒng)的內(nèi)孔定位加工外形的心軸形式中有錐心軸、彈性心軸、固定心軸等方式。由于內(nèi)孔尺寸精度高，加工時(shí)，內(nèi)孔和心軸配合間隙不能影響球表面的加工精度，經(jīng)試加工，最終采用固定心軸，以臺階孔端面定位，能更好確定球面定心尺寸，保證球面的加工精度。

3.非鍍層表面和端面的保護(hù)設(shè)計(jì)，要求鍍層和非鍍層尺寸一致，為減少加工余量，鍍前內(nèi)外球面分別按Sφ18.82-0.05mm、Sφ19.1-0.05mm進(jìn)行加工，鍍后外球面的直徑尺寸不小于Sφ19.2mm，且相鄰的凸臺允許有鍍鉻層。

4.經(jīng)過以上工藝分析，首次確定加工工藝：下料-固溶處理—車—平磨—內(nèi)磨圓—車—外圓磨—中檢—鍍鉻—外圓磨—鉗—成檢。其中工序固溶處理：無氧化皮及裂紋，直線度不大于φ0.5mm，按GJB2611-96做室溫拉伸強(qiáng)度性能試驗(yàn);工序平磨：先磨切斷面，兩端面平行度不大于0.013mm;工序20內(nèi)圓磨：找正端面跳動不大于0.01mm;工序車：內(nèi)孔φ13.589mm對軸線AA的同軸度不大于0.025mm，端面D對軸線AA垂直度不大于0.025mm;工序成檢：100%磁鐵檢查。

首次加工存在的問題：1）在內(nèi)圓磨后，內(nèi)孔出現(xiàn)橢圓;2）在外圓磨球面時(shí)，外球面尺寸偏大;3）鍍鉻球面后，球體邊緣表面出現(xiàn)龜裂，并在兩端面有多余鍍鉻層。

四、工藝的改進(jìn)

針對首次加工中的問題，對加工工藝過程進(jìn)行了改進(jìn)：

1.在內(nèi)圓磨過程中，裝夾由三爪卡盤改為夾套，使徑向的夾緊力分布在圓周上，消除了加工中產(chǎn)生的切削熱造成的零件變形。除此之外，在內(nèi)圓磨后增加內(nèi)孔研磨工序，內(nèi)孔留有余量0.02mm～0.03mm，保證內(nèi)孔在自由狀態(tài)下的精度。

2.對鍍層前球面形狀進(jìn)行了改進(jìn)加工即增大兩端面的邊緣實(shí)體尺寸（圖2）;制作鍍鉻夾具，將多個(gè)零件首尾相接在心軸上并確保表面鍍鉻更加充分，使鍍鉻層與機(jī)體間粘附強(qiáng)度更加牢固，以消除龜裂現(xiàn)象，同時(shí)對零件兩端面進(jìn)行了保護(hù)，避免了兩端面鉻層的粘附。

3.零件的外形球面加工取決于砂輪修整的精度。修整器與砂輪中心過高或過低都會影響球面的質(zhì)量。需操作者自身的技術(shù)技能。

4.重新確定工藝：下料-固溶處理-車-平磨-內(nèi)圓磨-研磨-車-數(shù)控車—中檢-表面處理-外圓磨（粗）-外圓磨（精）-外圓磨（倒角）-熒光探傷（檢查裂紋）-鉗-成檢。其中工序研磨：按圖1尺寸研磨內(nèi)孔，在自由狀態(tài)下保證尺寸;工序數(shù)控車：球面對基準(zhǔn)面F對稱度不大于0.05mm;工序鍍鉻：兩端面不允許有鍍鉻層，鍍后球面尺寸不小于Sφ19.2mm。

五、結(jié)束語

通過對該零件的加工工藝規(guī)程的改進(jìn)，加工制造后的零件符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)參數(shù)的要求且合格率可達(dá)到99%，經(jīng)過使用車間試裝反應(yīng)良好。

隨著航空航天等工業(yè)的發(fā)展，新材料、新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，使傳統(tǒng)的切削加工方法面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)：1.材料的難加工，如鈦合金、高溫合金、耐熱不銹鋼等各種高硬度、高熔點(diǎn)、高脆性的合金和非金屬的加工。2.型面復(fù)雜R，如渦輪葉片、發(fā)動機(jī)機(jī)匣、模具上的立體型面等零件上的各種異性孔。3.結(jié)構(gòu)特殊的零部件，如薄壁零件、彈性零件、細(xì)長零件等低剛性零件。因此，機(jī)械加工制造必須開拓新的加工途徑，尋求新的加工工藝方法，以適應(yīng)航天技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展。

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