林國福，褚翠霞，姬曉飛，薛進(jìn)武

(1.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039；2.航空精密軸承重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471039)

雙列圓錐滾子軸承為承受徑向與軸向聯(lián)合載荷，內(nèi)圈需要設(shè)計(jì)擋邊[1]，為避免擋邊與滾子發(fā)生干涉，同時也為了便于滾道和擋邊后續(xù)磨加工，通常在擋邊與滾道相連接部位設(shè)計(jì)越程槽。

1 特大型雙列圓錐滾子軸承內(nèi)圈越程槽加工

通常內(nèi)徑400 mm以上的軸承稱為特大型軸承，雙列圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示，越程槽形狀如局部放大圖。特大型圓錐滾子軸承內(nèi)圈材料一般選用GCr15SiMn或G20Cr2Ni4A。

圖1 圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)圖

GCr15SiMn內(nèi)圈加工工藝為：鍛造環(huán)形件→粗車端面、內(nèi)徑面、外徑面→車滾道→車擋邊、越程槽、倒角→熱處理淬火→初磨端面→硬車內(nèi)徑面→硬車擋邊外徑面、滾道、擋邊→附加回火→返車倒角→終磨端面→終磨內(nèi)徑面→終磨滾道→終磨擋邊。

G20Cr2Ni4A內(nèi)圈加工工藝為：鍛造環(huán)形件→粗車端面、內(nèi)徑面、外徑面→車滾道→車擋邊、倒角→熱處理滲碳→車越程槽→熱處理淬火→初磨端面→硬車內(nèi)徑面→硬車擋邊外徑面、滾道、擋邊→附加回火→返車倒角→終磨端面→終磨內(nèi)徑面→終磨滾道→終磨擋邊。

目前這2種材料的越程槽均在淬火前車加工成形，淬火前車越程槽的優(yōu)點(diǎn)為：材料硬度低，容易切削，形狀和尺寸容易保證；對越程槽車刀要求較低。缺點(diǎn)為：特大型圓錐滾子軸承內(nèi)圈厚度較薄，淬火變形量較大，特別是滲碳后、淬火前車越程槽，且滲碳時不使用模具，無規(guī)則變形造成越程槽一致性差，越程槽部分區(qū)域尺寸過小，磨削滾道時易產(chǎn)生棱邊，后續(xù)不得不進(jìn)行修車，造成越程槽過大。如：越程槽滾道方向的尺寸大于滾子倒角尺寸或成品滾道存在棱邊，在安裝使用加載后，內(nèi)圈越程槽邊緣處產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成越程槽邊緣處剝落(圖2)，降低軸承的使用壽命。

圖2 內(nèi)圈越程槽邊緣剝落

2 加工工藝改進(jìn)

由于特大型圓錐滾子軸承內(nèi)圈越程槽在淬火前加工，造成的返修率較高，越程槽尺寸經(jīng)常大于5 mm，超出產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的最大2.2 mm(越程槽溝底尺寸2.7 mm減去越程槽在滾道方向的深度0.5 mm)，比滾子的倒角2.7 mm大很多,造成滾子轉(zhuǎn)動過程中，滾子素線與滾道方向越程槽邊緣接觸，因此，需要對內(nèi)圈越程槽的加工方法進(jìn)行改進(jìn)。

基于特大型圓錐滾子軸承內(nèi)圈淬火后初加工為硬車，淬火前無論是GCr15SiMn還是G20Cr2Ni4A材料，越程槽部位不加工至成品尺寸，僅加工成圓角(圖3)，然后進(jìn)行淬火，或者滲碳、淬火。過渡圓角能夠保證G20Cr2Ni4A材料滲碳不會在過渡圓角處出現(xiàn)碳聚集，避免出現(xiàn)淬火開裂，減小淬火變形對越程槽成品尺寸的影響。

圖3 淬火前滾道與擋邊過渡處形狀

內(nèi)圈熱處理淬火后，初磨兩端面，硬車內(nèi)徑面、滾道和擋邊，消除熱處理的變形量；再進(jìn)行附加回火；最后車越程槽和倒角，將越程槽加工至產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求(圖4)。經(jīng)過硬車和附加回火后的內(nèi)圈尺寸穩(wěn)定，內(nèi)圈變形量小，終磨加工后越程槽成品尺寸一致性較好，越程槽內(nèi)兩直線相交均有R1 mm的圓弧，形狀和尺寸均能夠滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

圖4 淬火后越程槽形狀

優(yōu)化后G20Cr2Ni4A內(nèi)圈加工工藝為：鍛造環(huán)形件→粗車端面、內(nèi)徑面、外徑面→車滾道→車擋邊、車滾道擋邊圓角、倒角→熱處理滲碳→熱處理淬火→初磨端面→硬車內(nèi)徑面→硬車擋邊外徑面、滾道、擋邊→附加回火→車越程槽→返車倒角→終磨端面→終磨內(nèi)徑面→終磨滾道→終磨擋邊。

3 車刀的設(shè)計(jì)及使用

特大型圓錐滾子軸承內(nèi)圈熱處理后的硬度為58～64 HRC，熱處理組織為馬氏體和殘余奧氏體，硬度高、耐磨性好，普通合金鋼刀片無法進(jìn)行硬車加工，需要選用CBN或陶瓷刀片；而且越程槽部位尺寸較小，不易實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序加工，需要設(shè)計(jì)一種專用的越程槽車刀和特定的車削方法。

根據(jù)越程槽形狀和車加工方向，車刀選用與菱形車刀一樣的成形機(jī)夾刀，結(jié)構(gòu)如圖5所示。硬車越程槽為連續(xù)切削，刀片選用模壓成形的陶瓷刀片，刀片車削部位的形狀和越程槽一致；越程槽車加工滾道方向的車刀尺寸為越程槽滾道方向尺寸(2.7 mm)減去越程槽滾道方向深度(0.5 mm)和擋邊方向深度(0.5 mm)，為1.7 mm；車加工擋邊方向的車刀尺寸為越程槽擋邊方向尺寸(2.1 mm)減去越程槽擋邊方向深度(0.5 mm)，為1.6 mm，由于越程槽尺寸均為最大值，因此越程槽車刀2個方向尺寸均選為1.6 mm，車刀圓角和越程槽圓角一致為R1 mm。

圖5 越程槽車刀

特大型圓錐滾子軸承內(nèi)圈熱處理后在C512立式車床上加工越程槽，首先將車刀靠近中擋邊位置，沿中擋邊x方向進(jìn)刀，當(dāng)切削深度達(dá)到0.5 mm時停止進(jìn)刀，改為z向進(jìn)刀，切削深度同樣為0.5 mm，車削完成后相反方向逐步退刀。車加工完成的越程槽使用樣板檢測尺寸均在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，越程槽外觀質(zhì)量相比之前也有很大提高。車小擋邊越程槽時，先將車刀角度調(diào)整與越程槽一致，同樣按照上述方法進(jìn)行加工。

4 結(jié)束語

通過對特大型圓錐滾子軸承內(nèi)圈越程槽加工工藝的分析，改進(jìn)并形成了新的越程槽加工工藝，設(shè)計(jì)了專用的越程槽車刀，可以加工硬度58～64 HRC的材料，加工的越程槽尺寸和形狀滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，越程槽內(nèi)沒有氧化皮和尖角，避免了越程槽產(chǎn)生棱邊的可能性或越程槽滾道軸向?qū)挾却笥跐L子倒角的現(xiàn)象，能夠提高軸承的使用壽命，對于其他類型特大型軸承套圈越程槽的加工具有一定的推廣使用價值。