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      軸承制造技術——磨削加工

      軸承磨削加工包含磨削、超精、研磨,下面將重點介紹關于軸承磨削、超精加工的一些技術及特點。

      軸承的磨削、超精加工工序

      普通球軸承外圈與內圈的磨削、超精加工工序實例如圖1所示。

      圖1  球軸承的磨削、超精加工工序實例

      經塑性加工及切削加工,完成成形加工的工件,實施熱處理之后,首先,用雙端面磨床磨削基準端面。然后用縱向進給貫穿無心磨床磨削外圈外徑面,可連續加工。之后,以外圈端面外徑面為基準,進行外圈溝道磨削和超精。同樣,內圈要進行內溝磨削、內徑面磨削、內溝超精。然后提交給裝配、檢查工序。


      1.1 平面磨削

      用雙端面磨床磨削內、外圈的兩端面。雙端面磨削是按規定的間隔、正確校準并裝配兩塊砂輪,使套圈通過兩砂輪之間,以規定的尺寸與平行度精磨兩端面,能實現連續的高效率加工。


      1.2 縱向進給貫穿無心磨

      用縱向進給貫穿無心磨床磨削外圈外徑。其方法為:無心磨床導輪、托板和砂輪3點支承外圈,導輪旋轉外圈,砂輪旋轉進行磨削。由于并不具備如卡盤加工一樣的工件旋轉中心,所以稱為無心磨削,其結構如圖2所示。

      圖2  縱向進給貫穿無心磨

      通過正確設置磨削點、托板支承點及導輪支承點的角度,以支承磨削面進行加工。開始加工時,形成粗磨的精度,逐步地修正外圈外徑圓度,最終確保外圈足夠的圓度。此外,使導輪傾斜,沿工件軸向進給,能實現連續高效率加工。

      1.3 支承塊無心磨削

      圖3為支承塊無心磨削示意圖。用支承塊分別支承已在磨削中的外徑面或內溝,用電磁力將端面吸附到稱為支承板的夾具上,在主軸旋轉驅動的狀態下磨削外溝或內徑面。主軸中心與用支承塊支承的工件(外圈)中產生偏心,利用由于偏心與旋轉產生的推壓力,工件穩定地在支承塊上旋轉。外徑與外溝可按恒定壁厚加工,能夠得到規定的溝與外徑的同心度與溝圓度。

      圖3  外溝的支承塊式無心磨削

      為實現圓弧狀的R形溝,要將砂輪成形R形狀(砂輪修整),復制并加工出該形狀。R形修整中,以下方法:復制預先制作出了其R形狀的成形滾動式砂輪修整器形狀;與旋轉單一金剛石修整工具進行修整的方法。


      內溝也是支承塊式無心磨削,而該工序用支承塊支承被磨削的溝進行磨削。因為用支承塊支承磨削面,并不像前述的外溝磨削那樣,已處在成為圓度基準面上,用該工序加工出新的圓度。為范成加工。該圓度的范成機理與外圈的無心磨削一樣,無心前托塊與后支塊相當于無心磨床的托板與導輪。


      1.4 超精加工

      圖4為球軸承的超精加工示意圖。超精加工是將粒度細小的油石壓在旋轉的工件上(如內、外圈),與工件旋轉呈直角方向上給予微小的擺動,精加工工件表面。至于球軸承溝道的超精加工,是以溝R中心為油石擺動中心,進行加工。此外,開始時,使用適應于工件形狀的油石,由于并不實施油石的修整,利用由于油石磨耗導致的油石自銳作用,一邊維持油石形狀,一邊持續進行加工。

      圖4  球軸承的超精加工

      超精加工表面為鏡面,由于凹凸少,油膜破裂難,所以具有以下特性:耐磨性、耐蝕性優異;由于產生的加工熱量小,加工變質層很薄,故承載能力高;與斷續式切削加工痕跡的磨削面不同,由于形成連續的切削加工痕跡,產品靜音性能好。

      軸承加工技術方向

      2.1 應對難切削材料的加工技術

      從磨削特性來看,高功能的新材料基本上屬于難切削材料,產生加工效率差,砂輪銳度維持難的問題。作為適應于難切削材料的磨削技術,首先提及的是擴大CBN砂輪的應用范圍。CBN砂輪的磨粒硬度與鋒利度、壽命優于傳統的氧化鋁砂輪,適合于難切削材料,但有修整性能及價格上(高)的問題,不過其應用范圍在逐步擴大。


      2.2 應對環境問題的加工技術

      作為一項與環境協調的磨削加工技術是開發加工冷卻潤滑液(冷卻液)。冷卻液被用于加工部位的潤滑、冷卻、清洗,磨削加工的多數情況下是加工時產生熱量,根據表面精度質量的要求,需大量使用冷卻液。正在開發的技術是用必要的最少量的冷卻液進行磨削加工,以及利用霧滴及油霧冷卻的加工技術。


      為了削減CO2排放,首先采取的對策是提高磨床及超精加工機床的能源效率。但是,作為加工技術,如從去除加工所需的能源來看,磨削比車削需要更多的能源。因此,有必要通過削減磨削加工余量或硬車,以削減磨削的負荷,在整個工序上實現節能。


      2.3 應對高精度化的加工技術

      提高機床主軸軸承的旋轉精度,對電機軸承的振動、靜音性等要求越來越高。


      為提高軸承的旋轉精度,通過磨削設備的低振動、高精度化,優化磨削條件,排除磨削狀態的干擾,以提高圓度,應使用亞微米級圓度的主軸軸承。


      為實現軸承的低振動、靜音化,改善滾動體滾動面的超精加工質量,有利于大大提高表面粗糙度與圓度等。


      2.4 應對低成本化的加工技術

      對軸承的磨削技術也在提出低成本化要求。因此,提高自動生產線的產量,開發低價格的生產線設備,生產線運轉的省人化、無人化技術是必要的。


      要提高產量,必須壓縮循環時間,提高設備運轉率。為縮短作業周期,必須開發能壓縮上料等空轉時間的設備,開發提高磨削效率的技術。


      為提高磨削效率,使用CBN砂輪、陶瓷砂輪的實例在增加,這類砂輪具備超過傳統的氧化鋁砂輪的磨粒強度與鋒利度。即便在超精加工工序中,也在通過砂輪的開發,確保削減磨削加工余量,謀求壓縮加工時間。


      此外,為同時兼顧提高磨削效率與高精度化,有必要實現磨削設備的高剛度化、低振動、高精度化,通過功能的集中與重新評價設備的制造工藝,開發能同時兼顧低成本及高效率、高精度化的設備。


      在省人化、無人化操作系統方面,正在進行的開發是,對于過去用人力實施的加工狀態的監測、金剛石磨具磨耗及機械的熱變形,不通過人力,能自動地處理尺寸調整,交換磨具及設備異常時的處置等的系統。


      2.5 適應于多品種少批量生產的加工技術

      作為應對裝置(裝備)的更換方式,以包括在自動化生產線上的搬送在內的夾具、工具及修整裝置的交換,容易提高精度為目標,正在開發在以上諸多方面做了精心考慮的加工設備與生產線。

      3 小結

      軸承磨削加工的環境隨著加工要求條件的不同也會產生巨大變化,但是高功能、高精度、低成本是軸承磨削加工永恒的課題,有利于環保也是非常重要的課題。

      (來源:軸承雜志社)



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