球轴承沟道精研加工工艺改进

田锡钰 赵铭

摘要：滚动轴承的振动和噪声是轴承的基本性能之一。轴承的外沟道和内沟道的表面粗糙度是影响噪音和振动的关键因素。降低表面粗糙度，可使轴承具有更小的振动、更低的噪声和延长轴承的使用寿命。本文针对以上问题，提出球轴承精研车加工工艺改进方法。

关键词：球轴承;沟道;表面粗糙度;工艺;改进

引言

球轴承套圈沟道的沟形误差会影响沟道与钢球的密合程度，进而影响轴承工作性能，所以需要在沟道加工中严格控制。油石超精研广泛应用于沟道的精密加工，其主要作用是提高沟道的表面质量。生产中该工序会破坏前工序的磨削沟形，但由于超精研属于微量加工，往往忽视其对沟形的影响。在精密轴承加工中，为了更好地控制沟形误差，有必要深入分析超精研对沟形的影响，以便采取有针对性的控制措施。

1现有沟道超精研工艺的不足

现有球轴承沟道超精研工艺沿用油石按工件的沟道曲率中心作摇摆运动的研磨方式，此超精研工艺中油石的宽度受到限制，原因是位于油石两端的摆动半径与油石中间的摆动半径不同，若油石太宽则半径差异加大，将会影响加工精度。其次，现有超精研工艺中油石摆动中心相对工件为固定，前道工序中存在着的沟底径偏差、沟曲率半径偏差、沟位置偏差等因素，使实际加工时油石工作面的摆动并不在理想状态，常因此破坏了沟道的几何精度，而要对这些偏差进行动态跟踪在理论上虽可行，但会大大提高加工成本，在实际应用上形成障碍。

2球轴承沟道精研加工工艺改进

2.1采用一序两步的工艺方法

试制过程中采用一台机床实现两个工位且可以自动转换。第一工位采用白刚玉磨料油石进行粗超，第二工位采用绿色碳化硅磨料进行精超，既能提高切削效率，又能降低粗糙度值和减少油石磨损速度。通过调整油石的压力、振动频率、振幅、工件转速、超精时间等参数来提高加工质量。本试制过程中，降低了精超时油石的振动频率，使沟道表面形成纹理细腻的条状纹路，当轴承高速旋转时，易形成油膜润滑。

2.2原理性沟形误差的形成机制

在超精研加工中，作为磨具的油石具有易磨损和自锐的特性，其工作面形状不是通过专门修整获得的，而是在超精研过程中随着油石的磨损自然形成的，因此，工件就起到油石工作面形状修整器的作用，工件的加工表面形状以及工件与油石之间的相对运动决定着油石的工作面形状。另一方面，油石又是固结磨具，在超精研加工过程中的任一时刻，油石的工作面都具有固定的形状。根据切削加工表面成形的基本原理，超精研是否改变工件加工表面的形状，取决于油石工作面与工件加工表面接触的几何形状以及油石与工件的相对运动关系这2方面的条件。在不同超精研加工对象和加工方式下，这2方面条件是不同的。例如圆柱表面的切入或贯穿式超精研中，油石与工件之间是形状完全吻合的圆柱面接触，加工运动也不会改变这种接触几何形状，因此，超精研后工件圆柱面形状不会改变。而在套圈沟道的超精研加工中，情况有所不同。

2.3超精量的选择

在影响超精加工的诸多因素中，超精量是一个重要的影响因素。超精加工去除工件表层的厚度即超精量，其选择即超精工序间留量的制订。通常，超精量的大小取决于磨削加工的质量（形状、位置和表面质量）和对超精加工的质量要求。·由于超精加工不能象磨削加工那样可去除较大的留量，因此，对于较大的几何形状误差和位置误差不熊依靠超精加工取得大的改善，而必须在超精加工前的工序中进行严格控制。掌握前道工序的加工质量情况对合理制订超精量，提高超精加工的工艺水平非常重要。超精加工一般既要求降低表面粗糙度值，又要求提高几何形状精度。

2.4精研机滚轮的改进

随着机床利用率的提高‚精研机滚轮磨损速度也加快许多‚滚轮表面出现缺陷后‚其径向跳动量增大‚工件不能在滚轮上平稳旋转‚将直接影响沟道精研的几何形状偏差‚甚至会在无波纹度的沟道上产生波纹度。因此‚只能频繁更换滚轮‚不仅增加了工人的劳动强度‚还加大了生产成本‚从而影响产品质量和生产效率。为提高滚轮耐磨性‚重新设计了滚轮结构‚在原GCr15材料滚轮工作区域上套上硬质合金套‚组装完成后‚需修磨硬质合金滚轮的外圆‚保证同轴度。虽然硬质合金价格高‚但滚轮寿命由原来1～2个月提高到两年以上‚还可返修再用‚不仅减少了更换的滚轮数量‚也减少了消耗的轴承数量。滚轮经改进后精度稳定‚提高了套圈的精研质量和效率‚减轻了工人劳动强度。实践证明‚硬质合金滚轮的采用和推广‚已取得很好的效果。

3注意事项

深沟球轴承内、外圈沟道车加工曲率半径的工艺改进，也给车加工沟道的位置精度、磨加工端面的对称磨削以及磨加工沟道的位置精度提出了更为严格的要求。因为沟道的车加工曲率半径增大后，特别是对于车、磨溝道同曲率半径加工，越靠近沟道边缘处的磨量越小，而且随着沟道深度的增加，磨量减小得很快。首先，车加工沟道时要保证沟道的位置在端面宽度的中心，这就要求车加工端面尺寸要统一，应控制在车工端面公称尺寸的±0.03mrfl范围内。沟位置的偏差不应超过工艺规定的公差，一般应控制在车工沟位置公称尺寸的±（0.03～0.06）mm。其次，端面磨削时要尽可能保证两端面对称。最后，磨加工沟道时，要调整好沟道的位置，避免沟道边缘处因留量不足而变成不合格品。

结语

（1）球轴承套圈沟道超精研加工中，油石的摆动使油石的工作形面与沟道表面之间产生表面干涉，造成油石沿沟道宽度方向对沟道的不均匀研磨，从而改变沟道原来的沟形形状，形成沟形误差;油石的工作形面与沟道表面之间干涉程度越严重，沟形误差越大。（2）超精研过程中的一些工艺参数和因素，通过对表面干涉程度的影响，会对这种原理性沟形误差产生一定影响。油石的厚度、摆动频率、摆动幅度、硬度及切削能力越大，引起的沟形误差越大;套圈沟道宽度越大，产生的沟形误差越大。

参考文献：

[1]夏新涛，马伟，颉谭成.滚动轴承制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]GabrielDontu.超精加工的理论与分析-应用于球轴承的工艺参数Rings[D].托莱多：托莱多大学，2008年.