橡胶轴承加工方法及应用

蒋南平

(江苏镇江五峰山船厂，江苏 镇江 212133)

橡胶在－50～150℃温度范围内具有良好的弹性、柔顺性、易变性、复原性和耐泥沙性等特点，因而橡胶轴承成为国内在役船舶中普遍使用的艉轴轴承之一。但是橡胶易老化、易腐蚀变质，使得船舶修理周期缩短。

某型舰船在进行中级修理时，艉轴修理是修理过程中的关键步骤。其中更换轴承橡胶条，更是关键过程中必须进行的一道重要修理工序。轴承的切削加工是轴承修复后，舰船使用情况的关键因素。在选用了满足要求的金属橡胶条后，制定有效的加工工艺显得尤为重要。

1 加工现状及要求

橡胶轴承由轴承衬套内加装金属橡胶条组成。橡胶内部夹有规定尺寸金属条，此金属橡胶条在船舶修理时定制。橡胶轴承加工结构图如图1所示，图中尺寸为mm。

橡胶轴承是滑动轴承，工作时橡胶轴承以水作润滑剂，支撑相对旋转的艉轴。船舶螺旋桨在不规则水流冲击下，艉轴会产生振动，而橡胶轴承起到了承受载荷和缓冲冲击振动的作用，对船舶的平稳航行起到至关重要的作用，因此也要求橡胶轴承加工后的表面粗糙度达到Ra1.6。

轴承与艉轴间的装配间隙:1.5 mm，橡胶轴承内径:Φ343 mm，最大回转直径:570 mm，长1645 mm。橡胶的材质:橡胶217。

根据零件尺寸，我厂适用于加工的机床型号为:C63125。机床最大回转直径 1200 mm，加工长8000 mm(可进行16000 mm艉轴校调)，最大转速200 r/min。

图1 橡胶轴承加工结构图

2 加工中的问题

2.1 橡胶加工特点

(1)由于橡胶的弹性模量小，弹性恢复快，在切削中极易变形，很难控制橡胶的尺寸和形状精度，特别是在小余量时，刀具很难切下切屑。

(2)橡胶的硬度和强度很低，要求刀具的楔角小，刃口锋利，切削时以切割为主。当刃口的圆角增大时，就很难进行切削。一般选择刀具的前角为45°～55°，后角为10°～15°，楔角为20°～30°。刀尖部分要磨出大于进给量的修光刃或圆弧，否则切屑容易粘在已加工的表面上，影响切削质量，因此打磨刀具的角度对工人技术水平的要求很高。

(3)橡胶的导热系数低，约为一般钢材的1/350，其硬度和强度也很低，因此切削时产生的热量少。但是切削橡胶的刀具楔角很小，散热条件差，加之它的弹性恢复大且快，使得刀具和工件的摩擦加剧，刀具很容易变钝。一般要求选用刀具的材料导热性好，又能打磨出锋利的刃口，如高速钢、YG6X、YG8等牌号的硬质合金。

(4)橡胶在连续切削时，切屑成带状，不断屑。要求通过改变刀具的几何角度，来控制切屑流向，避免切屑缠绕在工件或刀具上，影响工作的顺利进行。

(5)切削橡胶时，一般不用切削液。若必要时，只能采用水溶液。禁止用油类作为切削液，以防止橡胶的变质和变形。

2.2 工件及机床特点

(1)由于工件过长，四爪卡盘配装中心架后，机床运行时零件仍产生较大的离心力，使机床不能高速运转。

(2)加工精度与机床转速成正比，同时加工精度还与材质有关。橡胶在进行低速加工的情况下，有成块被啃落现象。相比金属加工所需要的转速要高得多，但机床转速不宜选择太高，以防止切削温度超过150℃时，使橡胶软化。

(3)用高速钢刀具进行橡胶轴承内孔切削时，随着刀具轴向进给加大，刀具切削力的作用使橡胶让刀明显。

(4)切削热的作用使橡胶产生热膨胀，而一般中小型企业受限于技术和仪器配备等因素，很难对当时加工批次的橡胶的热膨胀系数进行测定，这导致橡胶轴承加工冷却后，直径尺寸超差，长度方向尺寸形成锥度，通过调整刀具进给量仍很难保证加工精度。

(5)车削时，刀排过长，随着深度加大，加工过程中尺寸变化更难于发现和测量。刀排振动随内孔加工深度增加而加大，零件加工后尺寸不易控制。

分析结果:仅对零件进行车削加工，零件的加工表面毛糙，尺寸精度不能保证。

3 工艺方案设计

针对上述问题，制定工艺时增加一道磨削工序，可弥补车削的不足。对上述轴承的加工，至少选择大型号深孔内圆磨，而考虑到船舶修理行业的机床配置特点，一般工厂都没有满足加工工件所需的深孔内圆磨床，通常可以有以下两种方法解决:

(1)购置新机床，仅解决一道工序加工问题;同时购置深孔磨床，向机床制造厂家订购，需要很长一段时间，将会影响加工的周期;需花费相当可观的费用支出。

(2)利用现有设备，增加工装解决磨削问题，既解决了加工周期的影响，又能节约开支。

因此，改装设备比购置新设备更经济。既可跟踪质量进度，又能以此编定出工艺规程，规范加工，为以后工作带来方便。

比较两种加工方法的特点后，确定了在车床大拖板上加装简易动力头来解决磨削问题的方法，即工件在同一台机床上完成车削和磨削两道工序。

4 磨削橡胶特点

(1)橡胶的弹性大，导热性差，磨削时磨屑容易堵塞砂轮，使砂轮失去磨削能力，从而造成工件表面的不平整等缺陷。同时磨削中产生切削热，使得橡胶气味弥散，污染了空气。干磨时，产生的磨屑飞扬;湿磨时，橡胶吸油后会膨胀变形，因此不能使用含有油的乳化液。

(2)砂轮的选择，这是影响磨削质量的重要因素。根据橡胶的磨削特点，为了防止磨屑堵塞砂轮空隙，应选用中等粒度陶瓷结合剂的大气孔砂轮，日常生产中一般用(60～70)目的中软硬度砂轮。

5 主要加工工艺及说明

5.1 设备

型号:C63125。

动力头:4 kW高速电机(转速为2880 r/min)和一级皮带轮加速，速比1.375。

5.2 工具

高速钢刀具、加长刀排(满足900 mm，粗、精加工时工件需调头，以轴承外圆为基准校调)。

碳化硅砂轮:(60～80)目。

5.3 粗加工车削

机床主轴转速:70～80 r/min。

切削角:主偏角加工，以减少切削阻力，降低刀排振动。

预留磨削余量:3～4 mm。

5.4 精加工磨削

机床主轴转速:60～70 r/min。

动力头主轴前端装大皮带轮动力头主轴转速:2880 r/min，小皮带轮联接刀排(加装联轴节固定做刀排的支撑)，砂轮转速约4000 r/min，动力头主轴与机床主轴平行，转向与机床主轴转向相反。

5.5 排屑

连接空气压缩机，把加工件内孔的橡胶粉末吹出，降低加工空间内的温度。有条件时，增加车间的排风设施。

5.6 选择参数理由

依据《机械加工工艺手册》对橡胶加工的要求作为参考，车床的主轴转速为60～70 r/min、磨削转速为4000 r/min;选择旋转工件与转动磨头磨削速度匹配，并经多次调试，要求磨下的橡胶呈粉状，砂轮不爆裂，最终得出达到满足零件表面加工精度的要求而定的。

施工时利用了现有设备，以最小的投入制作工装，同时还可通过皮带轮大小，调整速比，以选择合适的砂轮转速，也可直接购置所需转速的电机。

砂轮用过棕刚玉等种类，调试结果以碳化硅砂轮最好。砂轮目数过大，效率低;砂轮目数过小，橡胶粉尘在砂轮表面不易脱落。砂轮目数的选择取决于橡胶性能。

经检验，在加装工装后的机床上加工的橡胶轴承尺寸满足要求，粗糙度达Ra1.6。

6 工艺的效用分析

6.1 工艺可靠性

粗加工时，加工尺寸比较难控制。但精加工时，砂轮相对金属刀具导热性差得多，有效地减小了热膨胀因素的作用。经过多次砂轮加工比较，控制好砂轮目数所加工出的轴承，均能满足要求。经修理后的舰船试航状态良好，交付使用至今无问题反馈。

6.2 工艺实用性

车床上实现镗削内孔，磨削内孔，减少了加工零件的装夹、校调次数，大大提高了工效，便于生产组织管理及质量跟踪。此工艺方法易于在多种较大尺寸轴套类零件的加工上推广使用。

6.3 工艺经济性

仅在初次使用时，增加动力头的开支和参数选择确定时的调试费用，工作效率较高。

7 工艺方法的应用

(1)鉴于上述工艺的成功使用，将工艺中使用动力头的方法，推广到艉轴外圆抛光。在动力头主轴上直接加装千叶轮，采用橡胶轴承磨削时机床运行参数，动力头转速为2880 r/min，对轴类零件外圆抛光处理。千叶片目数形成的磨削量见表1。

表1 轴套类零件末道工序加工选择参照表

以上工艺，完全取代了钳工手工打磨抛光，质量大大高于手工操作，粗糙度达Ra0.8。

(2)对舵杆、中间轴、联轴节等轴类零件的修理或制作加工最后一道工序，均可采用抛光方法降低粗糙度值。

(3)上述加工工艺，还可用于高速艇艉轴橡胶轴承等加工，对有V尺寸橡胶零件，仅需将刀排在装夹时，按靠模调整到所需角度。但对直径较小，而且长度小于500 mm以下的橡胶轴承，只需在车床上车削即可达到加工要求。可根据零件直径和长度确定车床型号，车床转速为200～300 r/min。