球轴承沟道精研加工工艺改进

球轴承沟道精研加工工艺改进

李拓宇郭兰宇

哈尔滨轴承集团公司黑龙江哈尔滨150036

摘要：本文主要针对球轴承沟道精研加工工艺展开探讨，分析了球轴承沟道精研加工工艺的改进方法，并对其具体的措施进行了总结和分析，希望能够为今后球轴承沟道精研加工提供参考。

关键词：球轴承；沟道；精研加工；工艺

前言

在球轴承的使用过程中，必须要进一步提高其使用效果，其中就必须要关注球轴承沟道精研加工工艺措施，确保在使用的过程中能够更加富有质量，使其能够得到更好的应用，提高其工艺水平。

1、球轴承应用概述

目前机械转向机使用的球轴承是滚动轴承的一种，轴承也是机械结构中重要和关键的机械原件。在机械性能与使用寿命同时取决于所选择的轴承时，从许多适用的变量中选择出最优的轴承往往是困难的。

机械转向机球轴承的输入值需要考虑到诸多因素，如载荷、噪声与力矩、偏心与刚度和使用寿命等。就机械转向机输入轴球轴承来说，机械转向机相对低转速、低载荷的工况下，深沟球轴承在寿命、载荷和转速等方面都能很好地满足实际工作状况的要求。而回到目前主要讨论的噪声和间隙问题，球轴承的轴向和径向游隙就会直接影响到整个小齿轮工作时的摆动情况。滚动轴承游隙在运转时，是一个可以影响轴承寿命、振动、发热和噪声等的因素。

在日常的生产过程中，影响成品质量最大的是振动，而影响振动的因素很多，有许多外在因素由于分厂无法对其进行检验和控制，如钢球质量、套圈波纹度无法测量等，现对影响振动的诸多因素进行逐一分析。

2、现存问题

现有球轴承沟道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。

根据轴承行业的一般设计方法，深沟球轴承内、外圈成品沟道半径ri，re按下式计算：

ri=0.515D

re=0.525D

式中：D为钢球公称直径。

根据车工工艺设计原则，球轴承车加工沟曲率半径根据套圈直径系列的不同而有所不同。对于内圈：特、超轻系列的车加工沟曲率半径要比成品沟曲率半径小（0.017~0.025)?D；其他系列要小0.01D。对于外圈：特、超轻系列的车加工沟曲率半径要比成品沟曲率半径小0.02D；其他系列要小0.01D。也就是说，车加工沟曲率半径普遍要比磨加工沟曲率半径小。这种沟曲率半径工艺设计的应用，主要是考虑了沟道在车削及端面磨削过程中有可能造成的位置偏差，以及热处理过程中有可能造成的形状改变，使沟道边缘处出现热处理黑皮而变成不合格品。

3、改善沟道超精方法

超精加工过程就是油石对加工表面的切削作用逐渐转变为光整加工作用的过程。超精能够有效地减小圆形偏差（主要是波纹度），改善沟道横截面的几何形状误差，去除磨削变质层，降低粗糙度值，能使表面具有残余压应力。本工艺进行的改进为：（1）超精时采用机械压紧式无心夹具。由于低噪声轴承对套圈沟道形状精度和位置精度要求高，不宜采用双辊轮支承超精沟道，因此使用带机械压紧式无心夹具的机床，其夹紧力是由作用在套圈端面上的两个对称放置的压轮（小轴承）提供的，避免了电磁无心夹具的磁力在超精时产生的一系列不良影响，其超精质量比双辊轮支承的好。但由于超精沟道时采用外径定位，其几何形状误差影响会复映到沟道，因此增加了研磨外径的工序。同时由于沟道对基准端面的原始平行度要求较高，所以本试制过程增加了研磨端面工序以提高端面的定位精度。（2）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。

3.1防外圈沟道边缘凸起方法

调心球轴承的外沟道是球面，但是在滚道凸起，这种凸起会影响调心球轴承的调心性能，甚至无法调心，并且有凸起这一侧在轴承转动时会对钢球产生摩擦阻力，使钢球磨损加快，降低使用寿命。

产生这种现象的原因是砂轮厚度小及砂轮在沟边缘处消耗快。分厂调心轴承的外圈是采用切入磨床加工沟道，如3MZ1410SA。如果砂轮厚度小于外圈宽度，就会造成沟边磨不到，形成凸起。为了消除这一缺陷，可选择厚度大于外圈宽度1～1.5mm的砂轮。

因为轴承外圈沟的边缘处十分锋利，再加之砂轮在过程中的消耗速度非常快，如果加工人员没有及时对其进行适当的调整，就很难保证整个外沟圈都能够受到均匀的磨削，其平面就很容易出现高低不平的现象，严重影响了产品质量。所以，为了更好的解决这一问题，加工人员可以适当对修整次数进行调整，并通过增加修整器的补偿量，以此来保证磨钝的砂轮也可以得到很多的修正。除此之外，由于粗磨与细磨的加工要求不同，在砂轮的粒度选择方面也存在着较大的差异。因此，加工人员一定要在最终确认磨削方式以后，选择出粒度合适的砂轮，从而避免调心球轴承外圈边缘发生凹凸不平的质量问题。

3.2减少外沟球面位置误差的方法

球面中心位置不可能完全与理论中心位置重合，或多或少会有些误差，这完全靠外圈宽度相互差的检测手段来控制外圈在M7675B双端面磨床上加工，相互差可以控制在很小的范围内（0.015mm以内）。外圈球面中心位置过去一直用位置样板进行测量，样板分最大极限尺寸和最小极限尺寸，当用球面位置样板最大极限位置的一面测量外沟道时，靠近样板的内侧有“光隙”，反之，外侧有“光隙”。这种测量完全靠目测，误差较大。为了减小误差，改用仪器测量，采用D923内径测量仪，测点高度一般为h=3mm（视倒角大小h越小越好），测量时两面测量，通过调整砂轮的进给位置，两面测量的结果越接近，则说明球面两面越对称，也就是说球面中心位置与理论中心位置接近重合，如果再考虑外圈宽度的相互差，基本上也可以把误差控制在0.015mm左右。通过改用仪器测量，球面中心位置的误差能控制在比较理想的范围内。

4、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、磨沟道同曲率半径加工，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。

结束语

综上所述，在球轴承沟道精研加工方面，我们一定要更加合理的采取有效的工艺措施，本文总结了球轴承沟道精研加工的工艺措施，并思考了其工艺的改进措施，可供参考。

参考文献

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