張紹群，劉 鐵

（1.中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 工程技術(shù)部，黑龍江 哈爾濱 150025; 2.哈爾濱軸承集團公司 生產(chǎn)管理部，黑龍江哈爾濱 150036）

軸承磨削燒傷的產(chǎn)生原因及解決方法淺析

張紹群1，劉 鐵2

（1.中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 工程技術(shù)部，黑龍江 哈爾濱 150025; 2.哈爾濱軸承集團公司 生產(chǎn)管理部，黑龍江哈爾濱 150036）

通過熱力學(xué)公式找出軸承磨削熱產(chǎn)生的主要原因并進行分析，找出避免軸承燒傷的比較合理的方法。

軸承磨削燒傷；套圈溫升；支點；砂輪

1 前言

減少軸承加工缺欠一直是軸承加工工藝追求的目標。軸承套圈在磨削加工過程中，經(jīng)常出現(xiàn)種類不同的加工缺欠，其中磨削燒傷是常見的磨加工缺欠，它主要是由于磨削過熱引起的。支點的支承方式、砂輪的品種、冷卻液等都是引起磨削過熱的影響因素。

磨加工過程中，由于摩擦力的作用使套圈的溫度升高，當(dāng)溫度過高時就產(chǎn)生了燒傷。這里運用熱力學(xué)公式從熱力學(xué)角度分別進行分析，從如何減少套圈的溫升和如何帶走套圈熱量兩方面討論。

2 套圈的溫升分析

從熱力學(xué)公式Q=C·M·Δt中，可以看出軸承套圈的磨削熱Q與材料的比熱C、參與磨削的質(zhì)量M和套圈溫升Δt成正比，而套圈材料是事先確定的這里可以定為常數(shù)，所以著重分析參與磨削的質(zhì)量M和套圈溫升Δt。

參與磨削的質(zhì)量M是指在磨削區(qū)被去除的質(zhì)量。如果參與磨削質(zhì)量M過小，就會造成磨削效率低下，直接影響加工效率，而且由于參與磨削質(zhì)量M過小使軸承套圈對砂輪的作用力減小，造成砂輪脫落減少、自銳能力降低、磨削熱升高，使磨削質(zhì)量和磨削效率降低；反之參與磨削質(zhì)量M過大，會造成軸承套圈與砂輪之間的作用力加大，使磨削熱升高，同時磨削質(zhì)量也隨之降低。而主要影響因素是支承方式和磨削方式。

2.1 支點角度

支點角度直接影響套圈的受力，而受力又影響套圈參與磨削的質(zhì)量M。目前，使用的電磁夾盤無心支承方式是靠軸承套圈與機床主軸回轉(zhuǎn)中心之間的偏心量所產(chǎn)生的偏心力矩使軸承套圈靠緊支點來實現(xiàn)其徑向定位，軸向定位是靠電磁力和軸向定位環(huán)來實現(xiàn)的，而且定位環(huán)與軸承套圈之間在工作時有相對運動。圖1為工件自重的受力分析，圖2具體分析工件中心與回轉(zhuǎn)中心偏心量所產(chǎn)生的偏心力。

圖1 支承方式Ⅰ的套圈重力分析

圖2 支承方式Ⅰ的偏心力和磨削力分析

圖3 支承方式Ⅱ的套圈重力分析

圖4 支承方式Ⅱ的偏心力和磨削力分析

圖5 無心電磁夾盤的組成

從圖1、2中可以看出，軸承套圈主要承受套圈本身的重力、磨削力和偏心力，偏心力的方向指向兩支點夾角的平分線，重力和磨削力垂直向下。大多數(shù)軸承行業(yè)采用如圖1、2所示的支承方式Ⅰ，即重力和磨削力指向下支點兩側(cè)，但也有極少數(shù)企業(yè)采用如圖3、4所示的支承方式Ⅱ，從圖3、4的受力分析可以看出，在重力和磨削力的作用下，產(chǎn)生以下支點為中心遠離前支點的力矩，它增加了軸承套圈對砂輪的作用力，也就變相增加了參與磨削的質(zhì)量M。

2.2 支承材料

軸承行業(yè)磨削加工廣泛使用的是無心電磁夾盤，無心電磁夾盤是勵磁線圈產(chǎn)生磁場，而通過磁芯、定位環(huán)、軸承套圈、支點及支點座形成磁回路，此回路中的各部件應(yīng)該是導(dǎo)磁材料，只有這樣才能減少磁損、保證磁力的穩(wěn)定（見圖5）。

支承用支點大多數(shù)選用的是導(dǎo)磁的金屬材料，也有少數(shù)選用非導(dǎo)磁材料，如酚醛膠木等。由于酚醛膠木不導(dǎo)磁，造成一定的磁損，為了獲得同樣的磁力就必須增加勵磁線圈的電流；為保證套圈的穩(wěn)定就必須增大偏心量，這樣就增加了套圈與支承的摩擦力，直接影響套圈的轉(zhuǎn)動，而酚醛膠木等非金屬支點比較軟，非常容易被鑲嵌入金屬顆粒和石英砂顆粒，非常容易造成套圈瞬間轉(zhuǎn)速改變，圓弧支點表現(xiàn)得更為明顯。由于圓弧支點接觸面積和包角較大，非金屬支點不容易形成支承油膜，造成摩擦力增大。以上原因均導(dǎo)致砂輪對軸承套圈的作用力增加，也就變相增加了參與磨削的質(zhì)量M。

2.3 支點形式

支點形式主要分為固定支點、浮動支點、雙浮動支點和圓弧支點。固定支點和浮動支點為單點接觸或兩點接觸，雙浮動支點是多點接觸，而圓弧支點是通過圓弧的重合及液膜層的結(jié)合實現(xiàn)面接觸。圓弧支點是非接觸式支承，工件與支點之間的摩擦力較小，它可以避免工件與支點之間的劃傷和燒傷。

2.4 磨削方式

磨削方式直接影響參與磨削的質(zhì)量M。磨削方式大致分為定程磨削和控制力磨削。定程磨削是在一定時間內(nèi)進給一定距離的磨削方法，這種磨削方式要求軸承套圈上工序的留量有較高的一致性，如果一致性較差時就會造成兩種缺欠：一種是留量大造成單位時間內(nèi)磨削量加大，即參與磨削的質(zhì)量M也隨之增大；另一種是留量小加工效率降低。

控制力磨削是由控制系統(tǒng)根據(jù)砂輪扭矩來確定進給量，可以實現(xiàn)磨削力的恒定。

從上述三個方面的論述可以看出，它們都可以造成參與磨削的質(zhì)量M的增加，同時磨削力也隨之增加，造成軸承套圈溫度的增加，即Δt增大，這些都是造成軸承套圈磨削燒傷的主要因素。

3 套圈熱量分析

3.1 熱量的傳遞

與軸承套圈接觸的定位夾具材料應(yīng)選用熱的良導(dǎo)體，如硬質(zhì)合金等，它可以把部分磨削熱帶走，降低軸承套圈的溫度。

3.2 熱量的交換

冷卻液的目的就是在單位時間內(nèi)盡可能多地帶走熱量，降低軸承套圈的溫升速度。根據(jù)熱力平衡原則，運用熱力學(xué)公式Q=C·M·(t2-t1)，從熱交換角度分別分析冷卻液的比熱、質(zhì)量和溫差對熱量Q升高的影響。

冷卻液的比熱與冷卻液材料和配比有關(guān)，現(xiàn)在常用的冷卻液一般為合成冷卻液（使用原液按比例勾兌）、組合冷卻液（油膏、碳酸鈉等按比例組合）和油（變壓器油），比熱油為最大，它可以在較短時間內(nèi)升高溫度，帶走較多的熱量，但是成本較高，而且污染環(huán)境。

使用冷卻液量超大、有高效冷卻系統(tǒng)、高精度的過濾系統(tǒng)的集中冷卻液供給系統(tǒng)，加大磨削區(qū)域冷卻液的流量，采用增大冷卻液管的口徑和噴嘴的數(shù)量，再改變冷卻位置，特別是內(nèi)表面的加工，增加主軸出水功能，都可以非常高效地與套圈進行熱交換，降低溫升。

4 砂輪對產(chǎn)生磨削熱的影響

砂輪在磨削加工中起到非常大的作用，砂輪磨粒的材質(zhì)、結(jié)合劑、空隙等的選擇是保證完美磨削的重要因素。

4.1 砂輪空隙

當(dāng)砂輪進行磨削時，砂輪與工件接觸，使冷卻液不能從砂輪與工件之間直接通過，大大降低了冷卻液的冷卻效果。因此，選用大空隙砂輪增加砂輪的含水量，依靠砂輪轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力使冷卻液直接進入磨削區(qū)。

4.2 砂輪的鈍化

在磨削過程中，砂輪工作表面的磨粒會逐漸磨鈍堵塞，砂輪磨鈍堵塞后，磨削力增大，磨削溫度上升，發(fā)生頗振與燒傷，使被加工零件的表面完整性受到極大影響。同時，砂輪的堵塞鈍化也會使砂輪工作表面喪失正確的幾何形狀，使加工精度降低。

砂輪的粒度、硬度、組織、砂輪的速度、軸承套圈速度、進給速度、磨削深度及磨削液等是磨削過程中影響磨削質(zhì)量的重要參數(shù)。因此，對影響砂輪磨鈍堵塞等各種因素進行分析研究，對磨削用量等參數(shù)進行單因素、多因素實驗，建立優(yōu)化合理的磨削參數(shù)并總結(jié)出規(guī)律，仍是指導(dǎo)生產(chǎn)的一種有效方法，也是磨削加工技術(shù)中應(yīng)該重點研究的內(nèi)容之一。

5 結(jié)束語

從上述幾方面可以看出，選用合理的支承方式、導(dǎo)磁的支點材料、先進的支點形式、匹配的磨削進給參數(shù)、適合的砂輪，就可以很大程度解決磨削中的燒傷問題。

（編輯：鐘 媛）

Analysis on reason for grinding burns of bearing and solutions

Zhang Shaoqun1,Liu Tie2
（1.Engineering Technology Department,AVIC Harbin Bearing Co., Ltd., Harbin 150025,China; 2.Production Management Department,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036, China）

Through the thermodynamic formula, this article analyzes the main reason for the bearing grinding burn, and finds a reasonable way to avoid bearing burn.

grinding burns of bearing; ring temperature rise; supporting point; grinding wheel

TG580.63

B

1672-4852-（2014）04-0033-03

2014-09-12.

張紹群（1963-），男，高級工程師.