张洋,李力新,李碧

(成都天马铁路轴承有限公司,成都 610300)

铁路货车轴承大量采用无轴箱方式安装,直接暴露在自然环境中,运行环境恶劣。为保证铁路货车轴承正常运转,满足8年或80万公里(以先到者为准)的使用要求[1-2],对轴承材料、加工、热处理、装配使用各环节提出了苛刻要求。虽然目前铁路货车圆锥滚子轴承内圈制造工艺已十分成熟,但随着技术的进步,加工方法及流程均可进一步优化,因此,主要针对内圈车削加工工艺及油沟形状改善进行优化和分析。

1 常规加工方式及存在的问题

以352226X-2RZ铁路货车内圈为研究对象,材料为G20CrNi2MoA渗碳钢,为提高轴承寿命,油沟设计为窄、小结构,且要求底部圆滑过渡,如图1所示。该类轴承内圈加工通常采用液压SY125,C7620,SY144半自动多刀车床等,油沟加工选用焊接刀具(基体为普通材料,工作部分材料为YT15),先按照标准制作油沟样板,再按照样板进行油沟磨削加工。内圈加工工艺流程为：粗车内径面、大端面及倒角→粗车大小外径面、挡边、小端面及倒角→精车内径面、大端面及倒角→标识→粗车滚道及挡边→精车滚道、挡边、大小外径面、小端面及倒角→车大小油沟→倒大端面内、外角。该加工工艺主要存在以下问题：

图1 油沟结构示意图

1)内圈单一平面内径变动量、内圈平均内径变动量以及滚道单一平面直径变动量大于0.10 mm的(工艺要求不大于0.09 mm)比例约为75%。

2)部分油沟形状、曲率不符合图纸要求,如图2所示;同时,油沟中还会出现积屑瘤,不合格率约为3%。为保证产品质量,需进行返工处理,费时费力。

(a) 大端切片投影图 (b) 小端油沟轮廓检测图

2 原因分析

1)因前期高可靠性、高精度、高效率、高综合切削性能设备少或没有,对员工技能要求高,因此只能将复杂工序拆分成多工步,使每工步加工简单。多次装夹,车削量不稳定等因素导致内圈加工精度低。

2)内圈材料为G20CrNi2MoA渗碳钢,材料塑性高、硬度低,在车削过程中金属变形大,易产生积屑瘤。

3)人工磨削刀具后,使用磨刀样板与其进行对比检查,发现存在圆弧、断削槽大小不一致,角度不合格的情况。检查完成后进行安装,以加工好的产品为样件进行校对,再通过螺钉锁紧刀杆,刀具在该过程中易出现移动,从而使加工的油沟位置不合格,导致大挡边与滚子接触面长短不一,滚道面有“筋”,进而影响产品后序加工或寿命。

3 改进措施

为提高内圈及油沟加工精度,选用某厂高可靠性、高精度、高效率、高综合切削性能的CK7150A数控设备进行加工[3],加工示意图如图3所示,改进后的工艺流程为：粗车外径面、大小挡边面、小端面及倒角→粗车、精车内径面、大端面及倒外角→精车滚道、小端面、大小挡边面、大小油沟及倒角→标识。

图3油沟加工示意图

大端油沟刀具设计为夹角30°,尖角曲率半径为0.9 mm的专用刀,如图4所示;小端油沟选择DNMG150412标准刀,通过走行程的方式完成加工。选择适合高速、高温、切削性能好的钨钴钛类(YT)硬质合金作为基体,使用化学气相沉积(CVD)的涂层方式在其表面涂TiN+Al2O3难熔化合物,以增加刀具的加工精度及耐磨性。采用可转位机夹式,不可刃磨。为减小切屑变形以及切屑与前刀面的摩擦,增加刀具的锋利程度,结合工件材料,选择10°的正前角;为减小刀具与工件的摩擦,使其易于排屑,选取0°的后角[4-5]。

图4 大端油沟加工专用刀结构

选择实心钢制刀杆,安装、调试后不再拆卸,每次只需更换刀具即可;为避免车削过程中出现振动,采用25 mm×25 mm的刀杆;根据密封槽相对端面的位置及刀杆夹紧位置,选择长度150 mm的刀杆;采用销钉+压板的方式;刀具下设有刀垫进行减振[6-7]。

4 实际加工效果

为了验证新工艺是否能达到预期效果,进行了6批次试验,检测加工后内圈的各项技术指标,结果见表1。为验证加工后油沟形状是否满足要求,同样进行了6批次试验,检测油沟形状是否合格,结果见表2,油沟形状如图5所示。

表1 改进加工工艺后内圈的各项技术指标

表2 油沟加工试验数据

(a) 大端切片投影图 (b) 小端油沟轮廓检测图

由表1和表2可知：

1)采用改进工艺加工的内圈单一平面内径变动量、内圈平均内径变动量以及滚道单一平面直径变动量在0.05～0.06 mm之间,满足工艺要求,且缩短了加工周期。

2)采用改进工艺加工的油沟形状良好,无毛刺或积屑瘤,R角过渡圆滑,油沟合格率明显提高,满足了油沟加工要求。

根据经验值及试验数据,设备转速控制在350～850 r/min,进给量控制在0.08～0.35 mm/r,加工质量、效率最佳。

5 结束语

截止目前,采用改进工艺加工的铁路货车圆锥滚子轴承内圈已经达到5 000 000个,内圈形状公差压缩至改进前的60%左右,且未发生因油沟形状误差而产生的质量问题,保证了产品的一致性,缩短了工艺流程,效率提高了约8%。通过优化内圈加工工艺,改善油沟形状,提高了该类轴承的加工精度,进一步保证了铁路货车的行车安全。