D42218N3W圆柱滚子超精加工工艺参数的确定

2014-07-21郑红威贺红霞何萌杨会超王涛

轴承 2014年10期

郑红威，贺红霞，何萌，杨会超，王涛

(1.洛阳LYC轴承有限公司 a.技术中心；b.转盘轴承事业部；c.军工精密轴承事业部，河南洛阳 471039；2.西安交通大学机械工程学院，西安 710048；3.郑州航空工业管理学院，郑州 450015)

滚子作为轴承的关键零件，其制造精度和质量的好坏直接影响轴承的动态性能和使用寿命。综合考虑实用性和经济性，圆柱滚子多选用圆弧修缘素线滚子，而滚子圆弧与直线交接处(弧坡部分)的圆滑过渡是加工的关键[1]。D42218N3W型圆柱滚子即采用圆弧修缘滚子，其外形尺寸为φ16 mm×16 mm，采用8Cr4Mo4V材料，滚子精度等级要求达到Ⅰ级，因此，滚子各项技术要求非常高，需要定制专用的超精辊进行成形加工。

1 滚子超精及常见问题

圆柱滚子超精加工采用细粒度磨料的油石，以低压、快而短促的往复摆动作用于旋转工件，在良好的润滑冷却条件下降低滚子表面粗糙度值,提高几何精度。合理的超精加工过程一般分为粗超和精超2个阶段，粗超阶段采用较低的工件转速，较高的油石摆动频率和较大的油石压力，以达到理想的生产效率；精超阶段采用较高的工件转速，较低的摆动频率和较小的油石压力，以达到理想的表面粗糙度要求。结合实际生产情况和现有条件，对圆柱滚子的超精加工一般不超过3次，否则,将会损害其表面粗糙度和几何精度[2]。滚子表面粗糙度的影响因素及解决办法见表1。

表1 滚子表面粗糙度的影响因素及解决办法

2 D42218N3W滚子超精工艺参数的确定

首先检查机床精度，采用磁力表架和千分表进行检测，发现机床(3MZ6220)导辊存在0.02 mm的圆跳动误差，导辊两端间隙误差为0.05～0.08 mm，从而严重影响了加工精度。因此，检修导辊后控制机床的圆跳动误差小于0.005 mm，导辊两端间隙小于0.015 mm，满足了机械精度要求(经过多次试验，可保证滚子加工后圆度ΔCir达到0.3～0.5 μm。

下面主要从切削角、油石的振荡频率、振幅、粒度、压力及工件转速方面进行滚子工艺参数的分析确定。

2.1 切削角

指瞬时切削速度与工件速度的夹角，根据现场加工统计，切削角一般选用原则为：粗超时，切削量较大，为保证生产效率，切削角为20°～40°；精超时，为保证表面质量，切削角为5°～10°。经过工艺试验，优化后粗超时切削角为25°，精超时切削角为7°，在保证超精质量的同时，提高了生产效率和油石的耐用度。

2.2 油石振荡频率

油石振荡频率是决定超精加工效果的关键因素之一，其影响比工件转速和油石振幅更显著。油石振荡的目的是使每个磨粒在各个方向都受力，促使油石自锐。油石振荡频率提高，磨粒对工件的切削次数增加；频繁地改变切削方向有利于油石自锐，切削作用加强。但振荡频率的提高受超精加工磨头、机床与工艺系统的刚性及油石振幅的限制，所以振荡频率的选择要根据加工方法的不同，依实际情况而定。经过工艺试验发现，粗超低频、精超高频，可以有效提高超精滚子的表面质量，优化后的油石振荡频率为：粗超每分钟800次；精超每分钟960次。

2.3 油石振幅

油石的振幅越大，切削作用越强，生产效率越高，但振幅过大，磨粒的运动轨迹产生的网纹将变粗，不利于表面质量的改善。因此，粗超时振幅可选为3～5 mm，精超时振幅要选小一些，一般为1～3 mm。优化后的油石振幅：粗超为3 mm，精超为1 mm。

2.4 油石粒度

油石(磨料)粒度对滚子表面粗糙度和生产效率产生直接影响，并影响工作面表层的金相组织。超精滚子用油石应具有以下特征：(1)磨料锋利，一般选用白刚玉WA和绿色碳化硅GC。根据磨料特性，氧化铝磨料适用于加工抗拉强度高的合金钢材料，碳化硅磨料适用于加工脆、硬性材料。超精加工时，氧化铝磨料比碳化硅的切削速度快，而碳化硅磨料有较好的自锐性和均匀的切削能力，微弱切削持续时间较长，能获得更好的表面质量。因此，一般选用白刚玉磨料粗超，绿色碳化硅精超。(2)油石粒度细，油石粒度对滚子表面粗糙度的影响见表2。(3)油石组织较松，油石硬度为50 HRC左右且硬度均匀。(4)油石能够得到及时修整,油石使用时需修成圆弧面与滚子相接触，采用油石修整器进行修整，避免人工修整即压油石成形，影响滚子加工精度。

表2 油石粒度对工件表面粗糙度的影响 μm

通过多次试验对比，最终确定粗超、精超的磨料粒度选用W10和W7，粗超时粒度为W10的油石主要用于修形和去除磨量，精超时粒度为W7的油石主要用于改善表面粗糙度。

2.5 油石压力

油石作用于滚子表面单位面积上的压力越大，磨粒嵌入滚子表面越深，切削作用强，加工效率较高。但压力过大，磨粒容易脱落，切削作用一直延续下去而无光整阶段，影响滚子表面质量，且油石具有临界现象。如果压力较小，钝化的磨粒不易脱落，切削作用降低，不仅不容易去除上工序留下的余量，且油石与滚子之间不容易形成良好的接触，不利于降低滚子表面粗糙度值和提高生产效率。

优化后确定的粗超油石压力为0.6 MPa，精超油石压力为0.2 MPa。