旋轉光飾技術在復雜結構軸承套圈加工中的應用

李迎麗，杜杰

(中國航發(fā)哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150036)

1 概述

隨著科學技術的不斷進步，航空發(fā)動機軸承向精密化、智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化等方向發(fā)展，對軸承零件的表面質量要求也越來越高[1]。軸承零件表面質量不僅影響外觀形貌，也會影響產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性[2]。

異型凸緣(圖1a)及折返彈支(圖1b)等一體化集成結構的新一代航空發(fā)動機主軸軸承尺寸大，套圈表面孔、溝、槽、棱等密集分布，原振動光飾技術已不能滿足表面加工質量要求。為改善該類軸承套圈表面加工質量，提高軸承壽命及可靠性，需開展光飾技術研究。

圖1 新一代航空發(fā)動機主軸軸承

2 振動光飾技術

軸承套圈表面缺陷包括毛刺、銳角、孔和槽內(nèi)的雜物等，這些部位為不規(guī)則空間，采用車、磨、鉆、銑等工藝難于去除，僅能通過手工打磨和透孔等方法加工[3]，效率低，外觀質量及一致性差。振動光飾技術可去除劃痕、微觀裂紋等表面缺陷及棱邊毛刺，保證倒角圓滑過渡，改善零件表面粗糙度和光亮程度，提高零件表面潔凈度[4]。

振動光飾機結構示意圖如圖2所示，加工時將一定量軸承套圈散放在筒體中，套圈與磨料、研磨液均處于自由狀態(tài),在激振力作用下套圈與磨料、研磨液相互包容并做回轉和翻轉運動[5]。振動光飾適用于常規(guī)軸承套圈，對于尺寸較大，表面孔、溝、槽、棱等密集分布的復雜結構軸承套圈，振動光飾后套圈表面加工紋路明顯，孔、溝、槽等部位存在銳角，且倒角過渡不圓滑，表面色澤一致性差，不光亮，不能滿足套圈表面加工質量要求，故采用旋轉光飾技術。

1—彈簧;2—磨料;3—料槽;4—激振器;5—底座。

3 旋轉光飾技術

3.1 工作原理

旋轉光飾適合外徑80 mm以上的中大型復雜結構軸承套圈表面的加工，旋轉光飾機結構示意圖如圖3所示，標準機型有6根同步旋轉的主軸和1個料箱，1根主軸可裝夾2個軸承套圈，一次最多完成12個軸承套圈的加工。

1—機架；2—橫梁體；3—升降體；4—主軸箱；5—防護體；6—料箱;7—料箱驅動。

旋轉光飾時，軸承套圈通過夾具夾持在主軸上，再通過絲杠、絲母傳動到裝滿磨料與研磨液(下稱磨塊)的料箱中，主軸帶動軸承套圈轉動，料箱帶動磨塊轉動，兩者轉動方向相反，形成復雜的相對運動。轉動過程中磨塊以一定的作用力碰撞、滾壓、滑擦套圈表面，實現(xiàn)套圈表面加工。帶有磨液的噴淋水將毛刺、雜質等帶入水循環(huán)系統(tǒng)過濾。

3.2 磨塊

磨塊由磨料和研磨液組成，磨料為棕剛玉，為保證磨料旋轉時阻力較小，在套圈各個位置自由運動，使套圈充分研磨，磨料選擇不規(guī)則狀、小尺寸。研磨液為堿性研磨助劑與水的混合物，配比為1∶200。

3.3 工藝參數(shù)

夾緊套圈兩端面加工套圈外表面，夾緊套圈外表面加工套圈內(nèi)表面。轉速是旋轉光飾工藝的重要參數(shù)，主軸轉速高于料箱轉速，二者方向相反。主軸轉速n1一般為70 r/min,料箱轉速n2=0.7n1=49 r/min。套圈內(nèi)、外表面旋轉光飾時間分別為20～40，10～30 min。

4 旋轉光飾效果

以外徑235 mm的軸承外圈為例，分析軸承旋轉光飾效果。

4.1 加工精度

旋轉和振動光飾后套圈各項技術指標見表1，2種光飾技術套圈尺寸均有不超過0.002 mm的穩(wěn)定消耗，滾道單一平面外徑變動量、圓度及直線性變化較小，對尺寸、精度控制效果相當。

表1 旋轉和振動光飾后套圈各項技術指標

4.2表面質量

旋轉和振動光飾后套圈表面質量如圖4所示，旋轉光飾后套圈棱邊及倒角圓滑過渡，槽和孔等部位的毛刺徹底去除，表面色澤光亮、一致，紋路細膩，優(yōu)于振動光飾。

圖4 旋轉和振動光飾后套圈表面質量

旋轉和振動光飾后套圈表面粗糙度Ra值見表2，旋轉光飾后套圈表面粗糙度值明顯減小，優(yōu)于振動光飾。這是由于旋轉光飾時套圈高速自轉，游離狀態(tài)的磨塊會形成強大的磨粒流，并以一定的作用力碰撞、滾壓和滑擦套圈表面，有效去除套圈表面銳邊、毛刺，降低表面粗糙度。

表2 旋轉和振動光飾后套圈表面粗糙度Ra

5 結束語

通過旋轉光飾技術，明顯提高了復雜結構航空發(fā)動機主軸軸承套圈的表面加工質量，滿足了該類產(chǎn)品的加工需求。