轻、窄系列圆锥滚子轴承套圈磨加工工艺分析

吴丽丽，县鹏宇

(甘肃海林中科科技股份有限公司，甘肃 天水 741018)

圆锥滚子轴承套圈结构虽然比较简单，但一般需要经过锻造、车削、热处理、磨削等数十道加工工序方可实现。由于轴承套圈的绝大部分表面需要经过磨削加工，尺寸精度、几何精度才能达到技术要求，因此，编制的轴承磨加工工艺既要切实可行，还要具有一定经济性，才能达到提高精度、降低成本的目的。目前国内圆锥滚子轴承的加工工艺已基本成熟，但轻、窄系列轴承套圈壁薄、宽度小，径向和轴向刚性差，抵抗外力的能力差，易产生变形，因此在磨加工阶段尺寸精度和几何精度很难满足技术要求，废品率较高。下文主要针对轻、窄系列轴承套圈磨加工工艺，提出了工艺设计要点，对影响套圈磨加工精度的因素进行分析。

1 存在的问题

轻、窄系列轴承套圈加工中较为突出的问题为套圈的变形问题，车削加工的夹持变形，热处理过程中淬火应力变形，磨削加工中因磨削热、磨削力造成的磨削应力变形，都可能会造成零件的尺寸精度、几何精度无法满足技术要求。因此，消除以上变形是轻、窄系列轴承套圈加工工艺需要解决的核心问题。通常情况下，为了降低废品率，轻、窄系列轴承套圈在车加工阶段的加工留量比一般轴承套圈要大，热处理阶段的变形要求较松。因此，在磨加工阶段就需要进行合理的工艺设计和工序安排，最大限度消除热处理后产生的变形，同时防止磨削加工中产生的变形。

2 磨加工工艺的设计要点

2.1 工艺方案的确定

轻、窄系列轴承套圈要达到与相同外径、内径的中宽系列轴承的尺寸精度和几何精度，仅靠常规的磨加工工艺无法完成。为实现精度要求，需增加径向磨削和平面磨削工序，具体的工艺安排要视轴承套圈加工中的变形程度而定，一般采用变形系数来衡量。

径向变形系数

kxφ=dφ/D，

(1)

kx=S/D，

(2)

(1)式用来判断轴承的直径系列，(2)式用来判断轴承的胀缩量和变形敏感度。

轴向变形系数

ky=H/D，

(3)

式中：H为套圈高度；D为外径；dφ为H/3滚道直径；S为H/3套圈壁厚。

变形系数越小，套圈在冷、热加工中越易变形，径向易圆度超差、产生椭圆；轴向易产生平面翘曲。依据误差复映原理，加工基准误差会复映到被加工面上，可以通过改变切削量和增加基准面磨削工序来消除误差。

以L540010轻、窄非标英制圆锥滚子轴承外圈加工工艺为例进行分析。调整前工艺流程为：初磨两端面→初磨外径面→初磨外滚道→附加回火→终磨两端面→终磨外径面→细磨外滚道→终磨外滚道→超精外滚道→修饰外径面，在该流程中工艺设计人员仅根据以往的设计经验依(2)式计算了变形系数，并以此确定了轴承外圈的工艺流程和磨加工留量。通过实际加工，首次样品试制时外圈的合格品率不到30%，废品率极高，而且在测量过程中发现轴承外圈在检测时受检测仪器的测点压力影响会产生轻微变形。分析认为，细磨外滚道过程中由于磨削力的作用，套圈外径产生变形，破坏了终磨外径面作为基准的精度，当再次支外径磨滚道时，外径变形会复映到滚道上，滚道形状产生误差。调整工艺后在细磨外滚道前增加细磨外径面工序，把“终磨外径面”调整到“终磨外滚道”前，编制新的工艺流程为：初磨两端面→初磨外径面→初磨外滚道→附加回火→终磨两端面→细磨外径面→细磨外滚道→终磨外径面→终磨外滚道→超精外滚道→修饰外径面。在第2次试制前对外圈径向、轴向变形系数都进行计算，按照此工艺流程加工后，外圈合格率达94.5%，取得了良好的效果。另外，对于一些特殊结构产品，还可根据其结构特点在上述工艺基础上增加精研基准端面工序。

从上述工艺试验可知，轻、窄系列轴承套圈可通过增加磨削工序消除磨加工中的变形，提高产品的合格率，但工序增加，会造成生产周期加长，生产成本增加。因此，加工中要合理选择工艺参数，减少磨削热、切削力、热应力造成的变形，尽量缩短加工周期，以降低成本。

2.2 合理制定初、细、终磨磨削量

初磨的主要目的是用较粗的砂轮和较大的切削量切除大部分加工余量，增加初磨磨削量，减少细、终磨磨削量不但可以提高效率，更重要的是可以提高加工精度。若终磨留量过大，产生的磨削热过多，在磨削力的作用下套圈径向易产生变形。实际加工中，操作人员不能有意无意地减少初磨磨削量，甚至以磨掉黑皮即为合格，这将会使细、终磨的磨削量加大，降低加工精度。

3 影响套圈磨加工精度的其他因素

3.1 设备和磨削条件

采用高精度设备、高速磨削；采用高效冷却和润滑的磨削液来减少或消除磨削热，防止工件变形，提高套圈加工精度。

3.2 附加回火工艺

一般认为附加回火只消除磨削应力，对轴承套圈的加工精度无影响。实例探讨：在双端面磨床M7675B初磨L540010轴承外圈，抽样20件，平面翘曲值在0.010～0.015 mm，附加回火后再次测量的平面翘曲值及分散度均很大(0.033，0.025，0.019，0.030，0.035，0.027，0.040 mm…)，这种变化影响了磨削留量在初、细、终磨等工序的分配，甚至会因磨削余量不足无法改善形状公差而出现废品。因此制定合理的附加回火工艺保证回火后组织的稳定性是轻、窄系列圆锥滚子轴承套圈磨削工艺正常实施的关键要素之一。

3.3 套圈磨削加工毛坯的精度

提高磨削加工毛坯的精度必须从粗车工序开始，超轻、窄套圈锻件留量大，锻件表面缺陷和大部分留量在粗车加工中去除，使粗车后套圈内残余应力大，对后续车削和热处理工序产生很大的影响。因此 ，对外径大于180 mm的轻、窄系列圆锥滚子轴承套圈在粗车后应采用去应力退火，消除粗车应力，以减小后序车削加工时内部组织产生的应力。热处理后套圈会有较大的变形，如椭圆、翘曲等，可采用套、压模淬火的办法减小热处理变形，进而减少磨削量，提高磨削效率。

4 结束语

通过对轻、窄系列圆锥滚子轴承套圈加工工艺的实例分析，对影响轴承套圈磨削精度主要因素进行了工艺探讨，提出了轻、窄系列圆锥滚子轴承套圈磨削加工工艺的设计要点和遵循原则，对编制切实可行的轻、窄系列圆锥滚子轴承套圈工艺规程具有一定参考性。