帶窄小越程槽的薄壁圓柱滾子軸承內圈加工工藝改進
2023-2-23 來源：中國航發哈爾濱軸承有限公司 作者：薛雪 孫慧廣
摘要 : 針對某中央錐齒輪傳動薄壁圓柱滾子軸承窄小越程槽難加工的問題進行分析，根據車加工擋邊及滾道尺寸散差、裝夾變形、熱處理變形等主要影響因素，提出以下改進措施 : 在車加工成形后增加軟磨平面工序，車擋邊工序改為控制兩側擋邊厚度，在精研滾道前增加硬車越程槽工序。改進后越程槽尺寸合格率由 40% 提高至 100%，滾道素線直線度由 1.3~2.7 μm 降至0.8~1.4 μm。
關鍵詞 : 滾動軸承 ; 圓柱滾子軸承 ; 薄壁軸承 ; 車削 ; 合格率 ; 直線度
圓柱滾子軸承的滾子與滾道之間為線接觸，承載能力較高，廣泛應用于機床、汽車等領域，套圈越程槽尺寸對該類軸承性能有重要影響，對于難加工的窄小越程槽，越程槽尺寸超差會使軸承擋邊間隙減小，滾子偏擺并與擋邊異常碰撞，進而產生淺層剝落。該類軸承滾道和滾子的加工技術已十分成熟，但對帶擋邊套圈越程槽的加工方法還有待改進。
1.常規加工方法及存在的問題
以某中央錐齒輪傳動薄壁圓柱滾子軸承內圈為研究對象，該類軸承屬于薄壁超輕系列，壁厚為2.25mm，徑厚比為0.045，材料為8Cr4Mo4V高溫軸承鋼。為減小材料去除量，提高滾道的抗變形能力，越程槽設計為窄小結構，如圖 1 所示，軸向寬度為 0.4mm，軸向深度為 0.1mm，徑向寬度為 0.3mm，徑向深度為 0.2 mm。
圖 1 窄小越程槽示意圖
常規內圈加工工藝流程為 : 細車非基面、內徑面，非基面倒角→細車基面、內外徑面，基面倒角→車滾道面、擋邊面→去擋邊銳角→車越程槽→熱處理→粗磨循環→細、終磨循環→精研滾道→清洗。越程槽采用切槽刀 ( 圖 2) 加工，刀尖圓弧半徑為 0.2 mm，進刀角度為 45°。
圖 2 越程槽加工示意圖
采用上述工藝加工的越程槽合格率僅為 40% ，分析認為其主要影響因素為 :1) 車加工的擋邊厚度散差、滾道散差、端面散差及裝夾變形均會影響越程槽尺寸 ;2) 熱處理變形 ( 主要為橢圓和彎曲 ) 會導致越程槽軸向寬度尺寸在圓周方向的散差達到 0.2超差。
此外，考慮尺寸散差、熱處理變形對越程槽尺寸的影響時，通過理論計算發現車加工的越程槽軸向寬度接近 0。精研滾道時由于越程槽過窄，油石振幅小，滾道與越程槽的交點處會產生翹曲，滾道素線呈 W 形 ( 圖 3) ，滾道素線直線度超差。
圖 3 W 形滾道素線圖
2. 加工工藝改進
2.1 工藝優化
工藝改進如下 :
1) 在車加工成形后增加軟磨端面工序，軟磨端面尺寸公差控制在 ± 0.01mm 以內，平行差不大于 0.02 mm;
2) 車擋邊工序由控制基面擋邊厚度和擋邊間距改為控制兩側擋邊厚度，保證兩側越程槽軸向深度和軸向寬度一致 ;
3) 為控制熱處理和磨加工對越程槽尺寸的影響，在精研滾道前增加硬車越程槽工序。
新工藝流程為 : 細車非基面、內徑面，非基面倒角→細車基面、內外徑面，基面倒角→軟磨端面→細車滾道面、擋邊面→去擋邊銳角→車越程槽→熱處理→粗磨循環→細、終磨循環→硬車越程槽→精研滾道→清洗。
2.2 硬車越程槽工藝
2.2.1 刀具
刀具由鑲片式 PCBN 改進而成，型號為 WCB30 CCMW060204，刀桿為標準 25 mm× 25 mm 外圓刀桿。經計算，刀具夾角為 27°，主偏角為 46° 時，既能增加越程槽的軸向寬度和徑向寬度，又能解決滾道素線直線度超差的問題，加工效果最佳。
2.2.2 硬車削參數
硬車是通過使剪切部分的材料退火變軟而形成切屑，若澆注冷卻液，會減小由切削力而產生的切削效果，故一般采用干車削。工件硬度越高，切削速度越小，推薦切削速度為 10~150 m/min; 進給量由表面粗糙度要求和生產效率確定，取 0.02~0.2mm/r。在保證越程槽尺寸精度和表面質量的前提下，通過試驗確定切削參數為 : 切削速度 50m/min，進給量 0.02mm/r。
2.2.3 夾具
硬車越程槽時一般采用三爪卡盤夾緊套圈內徑面，由于零件內徑面已為成品尺寸，后續不再加工，為增大夾緊面積，確保內徑面不會因三爪卡盤的夾緊而變形，薄壁零件一般選用扇形卡爪，但卡爪并不會和零件完全 “合圓”，部分夾緊面為點接觸，內徑面圓度易超差。為使卡爪外徑面和套圈內徑面更好配合，增大夾緊面積，使夾緊力均勻分布在工作面上，增大了 1/3 的扇形面，并在扇形面中心銑寬 9mm 的 U 形槽，將三面接觸改為六面接觸 ( 圖 4) 。
圖 4 帶 U 形槽的六面接觸扇形卡爪
3. 實際加工效果
采用 CY-K32 數控車床，夾緊力為 0.2MPa，采用新的工藝后，越程槽尺寸合格率由40% 提高至 100% ，滾道素線直線度由 1.3 ~2.7μm 降至 0.8~1.4 μm，效果良好。
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