滾動軸承套圈數(shù)控車削缺陷分析及改進(jìn)措施

孫欽賀

杭州駿馬軸承有限公司 浙江杭州 311113

1 序言

目前，國內(nèi)軸承行業(yè)的軸承套圈已經(jīng)采用先進(jìn)的數(shù)控車削加工技術(shù)。生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，軸承套圈在數(shù)控車削加工過程中，由于受到各種因素的影響，加工出來的工件不僅達(dá)不到規(guī)定的技術(shù)要求，還會出現(xiàn)各種各樣的質(zhì)量問題，從而造成不合格品甚至廢品。因此，必須進(jìn)行質(zhì)量分析，找出質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因，采取相應(yīng)的糾正預(yù)防措施。

滾動軸承套圈數(shù)控車削加工過程中的常見缺陷有：車刀紋粗大、墊傷、漏工序、工件放偏、車削瘤、滾道留筋、振紋、倒角異常、擋邊低及崩刀等。有些缺陷出現(xiàn)在表面，很容易被發(fā)現(xiàn)，例如車刀紋粗大、漏工序等，可以將缺陷件挑出來后進(jìn)行返工，經(jīng)檢驗合格后流轉(zhuǎn)至下道工序；有些缺陷如墊傷、倒角異常及擋邊低等，必須將缺陷件挑出來做報廢處理；另外一些缺陷，例如工件放偏、車削瘤及滾道留筋等，不容易被發(fā)現(xiàn)，若流入下道工序，則會帶來質(zhì)量隱患，甚至?xí)?dǎo)致產(chǎn)品報廢。

下面以實例分析方式，對滾動軸承套圈數(shù)控車削加工過程中產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行原因分析并加以整理歸納，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

2 缺陷分析與改進(jìn)措施

2.1 工件車刀紋粗大

軸承套圈車削完成后，發(fā)現(xiàn)端面有非常明顯的粗大車刀紋（見圖1）。產(chǎn)生這種缺陷的主要原因是車削刀具選用不合理，如刃口形狀、角度不正確（如刀頭太尖等），甚至刃口有缺陷；進(jìn)刀速度快，進(jìn)給量選擇不合理；主軸的間隙大，車削過程中產(chǎn)生振動；材料硬度不合格，如果套圈鍛件太硬或太軟，則也會出現(xiàn)刀紋粗大問題[1]。

圖1 端面車刀紋粗大

針對該問題采取的改進(jìn)措施如下。

1）選擇合適的車削刀具、合理的進(jìn)刀速度，調(diào)整機(jī)床主軸間隙在合適的范圍。

2）要求軸承套圈鍛件球化退火后硬度在合格范圍之內(nèi)（如GCr15軸承鋼退火硬度為88～94HRB），這樣可避免因硬度不合格而導(dǎo)致的車削刀紋粗大問題。

3）改善機(jī)床的剛度，避免機(jī)床、工件及刀具在車削過程中產(chǎn)生振動。

4）對于端面有明顯車刀紋的軸承套圈，挑出來做報廢處理，決不能流入下道工序。

2.2 工件墊傷

數(shù)控車削后的軸承套圈端面或外徑某部位有明顯的凹坑，稱為車削墊傷。這種墊傷一般有幾件或更多件，并且在同一位置。端面墊傷如圖2所示，外圓墊傷如圖3所示。

圖2 端面墊傷

圖3 外圓墊傷

產(chǎn)生這種缺陷的主要原因是軸承套圈在車削過程中，切屑粘在夾具上，堅硬的切屑在強(qiáng)大的夾具夾持力作用下被壓入套圈平面或外徑部位，導(dǎo)致平面或外徑有凹坑。

針對該問題的改進(jìn)措施如下。

1）在每一臺數(shù)控車床上配備一部高壓氣槍，要求每一位操作人員在車削套圈過程中，每車削完一件，用高壓氣槍吹掃夾具，去除夾具上的切屑，防止因切屑粘在夾具上而導(dǎo)致工件端面出現(xiàn)墊傷。

2）發(fā)現(xiàn)端面有明顯墊傷的軸承套圈必須做報廢處理，不得流入下道工序。

2.3 工件放偏

車削加工完成的軸承套圈，經(jīng)熱處理磨削加工后，發(fā)現(xiàn)端面有一部分留有黑皮（見圖4）。產(chǎn)生這種缺陷的主要原因是在數(shù)控車削加工過程中，定位環(huán)上可能存有切屑，或者在工件夾緊時工件放偏，造成裝夾定位不準(zhǔn)確。

圖4 端面留有部分黑皮

針對該問題的改進(jìn)措施如下。

1）內(nèi)圈裝夾前用高壓氣槍吹掃夾具，保持夾具干凈清潔，確保工件定位準(zhǔn)確。

2）要求操作人員在加工過程中用儀表檢驗加工后的軸承內(nèi)圈車削件，發(fā)現(xiàn)有工件放偏的軸承內(nèi)圈后及時查找原因，并挑出放偏的內(nèi)圈做報廢處理。

2.4 車削瘤

數(shù)控車削加工后的軸承套圈裝配大倒角部位的車削瘤（見圖5），粘在軸承零件表面，凸起的車削瘤產(chǎn)生硬度較高的金屬粘附物，形成致密的顆粒，高度1.0mm，面積在1.5mm2左右，因不易去除而嚴(yán)重影響外觀質(zhì)量。產(chǎn)生這種缺陷的主要原因是車削用成形刀口崩刃，出現(xiàn)局部缺口，使加工表面形成絨狀車削瘤。由于軸承套圈鍛件硬度不均勻，故容易引起機(jī)床振動而使刀具磨損加劇并產(chǎn)生車削瘤[2]。

圖5 車削瘤

針對該問題的改進(jìn)措施如下。

1）選擇合適的車削刀具、合理的進(jìn)刀速度，避免刀口崩刃。

2）對車削刀具使用壽命進(jìn)行管控，在達(dá)到刀具使用壽命之前必須更換刀具。

3）嚴(yán)格控制球化退火質(zhì)量，要求軸承套圈鍛件球化退火后硬度均勻并在合格范圍之內(nèi)（如GCr15軸承鋼退火硬度88～94HRB），避免因硬度不均勻引起整個工藝系統(tǒng)的振動而使刀具磨損加劇并產(chǎn)生車削瘤。

2.5 車削件裝配倒角處留筋

數(shù)控車削后的軸承套圈裝配倒角部位留筋（明顯的車刀紋）如圖6所示。產(chǎn)生這種缺陷的主要原因是倒角部位車削量大，排屑不暢；機(jī)床主軸跳動過大，主軸軸承游隙過大，造成加工倒角留筋。

圖6 裝配倒角處留筋

針對該問題的改進(jìn)措施如下。

1）在編制倒角加工程序時，增加一次精車走刀，留加工余量0.05～0.10mm，以降低倒角的表面粗糙度值。

2）定期對機(jī)床設(shè)備的精度進(jìn)行檢測，確保機(jī)床精度合格。

3）發(fā)現(xiàn)軸承套圈裝配倒角部位留筋（明顯的車刀紋）后，應(yīng)用數(shù)控車床返工，車削除去倒角部位的留筋。

2.6 車削振紋

數(shù)控車削后的軸承套圈外徑部位有明顯的車削振紋（見圖7），表面呈現(xiàn)細(xì)小的紋路，外觀表面粗糙度值Ra=25μm左右。產(chǎn)生這種缺陷的主要原因是車削加工過程中車刀剛度不足，切削力過大，造成車刀“發(fā)振”，使工件表面產(chǎn)生振紋；另外，毛坯留量偏大或不均勻（可能是橢圓度超差），會使刀具因受交變切削力沖擊而發(fā)振；車削加工過程中切削量選擇不當(dāng)，吃刀量過大，產(chǎn)生了車削振紋。

圖7 車削振紋

針對該問題的改進(jìn)措施如下。

1）嚴(yán)格控制軸承套圈鍛造毛坯的橢圓變形，在車削加工之前，對軸承套圈鍛造毛坯橢圓進(jìn)行全檢，挑出橢圓度超差的不合格品。

2）對橢圓度不合格品選用合理的車削量，必要時增加車削次數(shù)，由一次走刀改為二次走刀加工。

3）車削后將軸承套圈外徑存在振紋的工件挑出，在后工序磨削加工時單獨進(jìn)行加工。

2.7 車削倒角異常

數(shù)控車削完成后的軸承外圈裝配倒角異常。正常情況下倒角圓滑過渡如圖8所示，而異常軸承外圈倒角有一深度2.0mm、寬度3.0mm左右的溝槽（見圖9）。產(chǎn)生這種缺陷的主要原因是由于操作人員對系統(tǒng)不熟悉，在車削加工過程中隨意調(diào)整刀補(bǔ)，因此造成正在加工的產(chǎn)品倒角異常。

圖8 正常倒角圓滑過渡

圖9 異常倒角溝槽缺陷

針對該問題的改進(jìn)措施如下。

1）對操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，嚴(yán)格按照正確的方式進(jìn)行操作。

2）在程序運行結(jié)束后再調(diào)整。

2.8 軸承零件擋邊低

數(shù)控車削后的軸承套圈，經(jīng)熱處理、磨削后，發(fā)現(xiàn)擋邊部位留有車刀紋（見圖10）。對產(chǎn)品進(jìn)行切片分析，測量溝底的高度及平行差、倒角坐標(biāo)尺寸等參數(shù)，得出的結(jié)論是該產(chǎn)品的擋邊高度尺寸偏低0.05～0.10mm（見圖11）。產(chǎn)生這種缺陷的主要原因是在換型號時的試機(jī)產(chǎn)品或因調(diào)整刀補(bǔ)錯誤而造成的。正常情況下這件不合格品應(yīng)隔離并放入指定的廢品箱內(nèi)，但最終有可能是因錯放而造成流入下一工序。

圖10 擋邊留有車刀紋

圖11 擋邊高度尺寸偏低

針對該問題的改進(jìn)措施如下。

1）對加工過程中產(chǎn)生的各種不合格品進(jìn)行區(qū)分隔離，返工品和廢品分別放入指定的容器，避免錯放。

2）操作人員發(fā)現(xiàn)不合格品后，應(yīng)對之前的產(chǎn)品往前追溯檢驗，若出現(xiàn)不合格的情況，應(yīng)對整箱產(chǎn)品進(jìn)行全檢，杜絕不合格品流入下一工序。

2.9 油溝不符合圖樣要求

數(shù)控車削后的軸承套圈，經(jīng)熱處理、磨削后，發(fā)現(xiàn)大擋邊油溝不符合圖樣要求。經(jīng)對此件不合格品進(jìn)行切片投影分析（油溝缺陷見圖12），擋邊外徑、擋邊倒角等均符合要求，說明擋邊總高度沒有超差，只是在加工油溝時發(fā)生了位移，使得油溝徑向坐標(biāo)小、軸向坐標(biāo)大。產(chǎn)生這種缺陷的主要原因是在換型號時的試機(jī)產(chǎn)品意外調(diào)整刀桿時造成的[3]。

圖12 油溝缺陷

針對該問題的改進(jìn)措施如下。

1）車工部應(yīng)對加工過程中產(chǎn)生的各種不合格品進(jìn)行區(qū)分隔離，避免因錯放而造成漏返工或錯返工。

2）對返工后的產(chǎn)品按返工程序執(zhí)行全數(shù)檢驗，杜絕不合格品流入下一工序。

3 結(jié)束語

本文對軸承套圈數(shù)控車削加工過程中可能產(chǎn)生的主要缺陷進(jìn)行了分析，并有針對性地提出預(yù)防糾正措施，期望能對提高軸承套圈數(shù)控車削質(zhì)量起到拋磚引玉的作用。但是在實際生產(chǎn)中情況是十分復(fù)雜的，需要針對不同的情況進(jìn)行具體的分析，只有這樣才能保證數(shù)控車削軸承套圈的質(zhì)量。

專家點評

文章圖文清晰、通俗易懂，以實例分析方式，對軸承套圈數(shù)控車削過程中的9種常見缺陷進(jìn)行分類整理和原因分析，因地制宜地提出具體的預(yù)防和改進(jìn)措施，對提高軸承套圈車削質(zhì)量起到了一定的指導(dǎo)作用。