孫立才，張林，劉兢，李鵬，王長峰

(1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點(diǎn)實驗室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039)

薄壁軸承是尺寸系列中壁厚最薄的一種軸承，其壁厚系數(shù)D/d1≤1.143[1]，該類軸承在發(fā)動機(jī)中應(yīng)用廣泛，滿足以最小尺寸的軸承實現(xiàn)重載和高速要求，適應(yīng)緊湊化設(shè)計[2]。

套圈端面作為工序基準(zhǔn)，要求其平面度(含翹曲和內(nèi)外差)、寬度變動量、表面粗糙度均應(yīng)具有較高精度。薄壁軸承因剛度低，容易變形，平面研磨精度往往難以保證，主要體現(xiàn)在平面度指標(biāo)上。套圈磨削的端面翹曲與設(shè)備和工藝參數(shù)密切相關(guān)，因此，應(yīng)加以分析研究并制定相應(yīng)措施來提高平面度。

1 平面度影響因素

平面磨削一般采用MB43100或MB4363研磨機(jī)，前者采用砂輪盤，后者采用鑄鐵盤。MB4363對翹曲的控制較MB43100有所提高，但仍不能取得較好效果，并且鑄鐵盤須采用長時間研磨的方式，加工效率低。受結(jié)構(gòu)、精度及加工效率的限制，這2類設(shè)備加工薄壁套圈時廢品率一般超過30%。

意大利麥杰瑞高精度平面研磨機(jī)ELC1200(圖1)廣泛應(yīng)用于液壓泵組件、硬質(zhì)合金刀片和軸承套圈的加工，可放置5個零件載盤。該設(shè)備采用壓力、時間循環(huán)加工模式，壓力通過閉環(huán)控制的高精度滾珠絲杠控制，分為初壓、主壓和精壓，調(diào)整范圍均為300～3 000 N；配置的測量控制系統(tǒng)在零件高度達(dá)到設(shè)定值后自動結(jié)束循環(huán)；上下砂輪盤均為CBN材料。CBN砂輪耐磨、研磨效率高、導(dǎo)熱性好，能減小零件熱變形，且研磨時不粘屑，特別適用于加工超硬高速鋼、耐熱鋼、不銹鋼、高溫合金等難加工材料[3-4]。其中，上砂輪盤具有浮動自動調(diào)節(jié)功能，使砂輪盤和零件接觸狀態(tài)更優(yōu)化，對薄壁套圈精度的提高十分有利。

圖1 ELC1200平面研磨機(jī)

薄壁套圈端面采用ELC1200研磨機(jī)加工具有諸多優(yōu)勢，但對影響套圈平面度的設(shè)備調(diào)整和工藝參數(shù)設(shè)定仍需要深入分析。

1.1 磨削壓力

CBN砂輪盤要求零件總磨削面積和砂輪盤面積處于一定的比例，一般面積比以10%～20%為宜，過小則單個零件上的磨削壓力過大，余量去除過快；過大則容易使砂輪盤表面形成不規(guī)則磨損，會對零件精度產(chǎn)生不利影響。薄壁軸承套圈端面磨削的面積比遠(yuǎn)小于10%，因此研磨時設(shè)備壓力不宜過大。

1.2 砂輪盤平面度

砂輪盤在使用過程中會發(fā)生磨損，必須定期檢測上、下砂輪盤的平面度并進(jìn)行修整。根據(jù)砂輪盤面內(nèi)徑和外徑磨損的程度不同，可分為不同形式，如圖2所示。磨損形式主要由砂輪盤和載盤的轉(zhuǎn)向所致，例如當(dāng)上、下砂輪和載盤均順時針回轉(zhuǎn)時，在外徑方向因砂輪和載盤線速度方向相同，二者相對速度低，故磨損較輕，在內(nèi)徑方向則相反，如此狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間后，將出現(xiàn)圖2a所示的磨損形式。

圖2 零件載盤的4種磨損形式

根據(jù)檢測結(jié)果，當(dāng)上砂輪盤或下砂輪盤的平面度超過0.05 mm時必須進(jìn)行修整。修整分2種方式：當(dāng)平面度不大于0.05 mm時，可改變零件載盤的轉(zhuǎn)向自行修整，進(jìn)一步提高精度；當(dāng)平面度大于0.05 mm時，采用兩砂輪盤對研或采用鑄鐵盤進(jìn)行修整。

1.3 零件載盤結(jié)構(gòu)

一般零件載盤是使用硬鋁或鋼板在整個圓盤中部開孔，然后將多個零件放入孔中，這種方式在研磨過程中零件容易相互碰撞造成變形。實踐表明，在零件載盤圓周方向均布開孔使零件相互隔離并增加油槽的結(jié)構(gòu)可取得較好效果，如圖3所示。載盤宜選用工程塑料。載盤開孔的公稱尺寸φD比零件外徑尺寸大2 mm即可，如零件外徑尺寸為φ100 mm，則開孔尺寸為φ1020+0.1mm，這是因為孔徑過大會造成零件運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，而穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)在加工薄壁套圈時尤為重要。

圖3 零件載盤結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.4 磨削液

研磨過程中磨削液主要起潤滑、冷卻、防銹和清洗的作用。合適的磨削液有利于延長CBN砂輪的壽命，提高磨削效率。磨削液分水基磨削液和油基磨削液，為充分發(fā)揮CBN砂輪的優(yōu)異性能和保證零件的磨削表面完整性，應(yīng)優(yōu)先選用含有極壓添加劑的低黏度油基磨削液[3]。選用的嘉實多Carecut ES3切削液性能優(yōu)異，具有低泡沫、良好的過濾性和抗氧化性，而良好的清洗和潤滑特性可以保證加工表面的質(zhì)量并提高加工精度。

1.5 工藝參數(shù)

實際加工中需嚴(yán)格控制套圈的粗磨加工工序，防止原始精度超差對后續(xù)研磨造成的影響；應(yīng)采用合適的研磨方法，及時釋放研磨過程中的應(yīng)力，提高工件加工精度。

2 工藝試驗

以某型薄壁軸承平面研磨進(jìn)行試驗，試驗軸承外圈尺寸為φ142.8 mm×φ137.8 mm×8 mm，內(nèi)圈尺寸為φ132.1 mm×φ127 mm×8 mm，材料為9Cr18，硬度不小于58 HRC，公差等級為P5。

2.1 設(shè)備參數(shù)

磨削壓力：初壓用于壓實零件，壓力在300～500 N之間任意選?。恢鲏河糜谘心?，研磨壓力應(yīng)盡量小，宜控制在300～500 N，選為350 N；精壓用于提高表面質(zhì)量，設(shè)備程序要求低于主壓值，故選為320 N。

零件載盤：薄壁套圈磨削面積比低于10%，故載盤開孔應(yīng)盡量多，試驗軸承最多可開孔5個，此外還應(yīng)采用內(nèi)外圈套研的方式增加面積比。

砂輪轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速對精度影響不大，一般為定值，砂輪盤粗磨時選為60 r/min，精磨時選為30 r/min。

最終確定的設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 設(shè)備參數(shù)

2.2 試驗方法及結(jié)果分析

連續(xù)進(jìn)行4次磨削試驗，第1次研磨余量為0.05 mm，第2，3次研磨余量均為0.02 mm，第4次研磨余量為0.10 mm。外圈原始平面度為0.010～0.012 mm(其中1件為0.020 mm)，工藝要求值不大于0.008 mm，原始高度差不大于0.020 mm；內(nèi)圈原始平面度為0.008～0.010 mm，工藝要求值不大于0.006 mm，原始高度差不大于0.020 mm。在每個零件載盤特定位置做編號，每次研磨后均取該處零件進(jìn)行平面度測量，測量儀為G803，檢測結(jié)果見表2，研磨后的零件如圖4所示。

表2 內(nèi)、外圈平面度測量結(jié)果

圖4 研磨后的套圈

由檢測數(shù)據(jù)可知：

1)除2#外圈外，零件可以滿足精度要求。2#外圈的原始平面度較大(0.020 mm)，研磨后有所改善，但仍不能滿足要求，即研磨對精度的提高有限。因此，實際加工中要嚴(yán)格控制薄壁軸承的粗磨尺寸差和精度，為研磨提供良好的基礎(chǔ)。

2)經(jīng)過第1次研磨，套圈平面度明顯提高，第2,3次研磨的精度提高已不明顯，第4次大余量研磨后個別套圈出現(xiàn)精度破壞。因此，實際加工中最好分2次去除余量，先去除3/4余量，再去除剩余的1/4余量，以減小應(yīng)力變形，提高精度，工藝總余量宜控制在0.10～0.15 mm。

3)對比內(nèi)、外圈的數(shù)據(jù)可知，內(nèi)圈的精度明顯高于外圈，翹曲控制得十分理想。因為內(nèi)圈尺寸小于外圈，在套研情況下為驗證是否因尺寸不同而產(chǎn)生差異，將零件載盤更換為內(nèi)圈用載盤，在內(nèi)圈內(nèi)部放置墊圈，實現(xiàn)類似套研的效果，研磨后內(nèi)圈平面度數(shù)據(jù)見表3，結(jié)果并不理想。由此可知，在內(nèi)、外圈套研時內(nèi)圈的精度高于外圈，并非由套圈尺寸不同引起，而是普遍規(guī)律。因此，若成本允許，薄壁軸承內(nèi)外圈不能套研時，可考慮在套圈外部增加墊圈的方式來提高精度。

表4 內(nèi)圈平面度測量結(jié)果

3 結(jié)束語

薄壁軸承套圈端面平面度超差與采用設(shè)備和工藝參數(shù)有關(guān)，選用ELC1200平面研磨機(jī)，確定了設(shè)備、工藝參數(shù)對套圈磨削翹曲的具體影響情況，工藝試驗結(jié)果表明，提高套圈毛坯質(zhì)量、分步去除余量、增加墊圈等措施可以有效改善薄壁套圈的端面翹曲。該設(shè)備也可以適用于其他薄壁軸承的平面研磨，設(shè)備參數(shù)可作為薄壁套圈的通用程序存儲在設(shè)備中，更換型號后，可直接調(diào)用或在原有基礎(chǔ)上略作調(diào)整后使用。