精密角接觸球軸承內(nèi)圈溝道磨削的4種方法對比
2023-06-15李獻會
軸承套圈加工仍以磨削精加工模式為主，磨削加工勞動量占總勞動量的60%以上。精密軸承（通常指公差等級為P4以上）的磨削加工所占比例更大，磨削加工工序也關鍵。套圈溝道為工作部位，其精度直接影響軸承的旋轉精度、振動噪聲、疲勞壽命等，因此溝道加工尤為重要。軸承內(nèi)圈溝道磨削加工有多種方法，各種加工方法有不同的適用范圍和加工特點，如何根據(jù)軸承特點正確選取加工方法以高精度、高效率、低成本地完成加工是一道難題。下面介紹精密角接觸球軸承內(nèi)圈溝道的4種磨削方法（支內(nèi)圈外徑面磨溝、支內(nèi)溝道磨溝、支內(nèi)徑面磨溝和逃逸法磨溝），對比各自的特點。
1、角接觸球軸承內(nèi)圈磨削工藝路線
為保證軸承加工精度，軸承零件加工采用多循環(huán)的方法，精密角接觸軸承的加工循環(huán)次數(shù)甚至達到3遍以上。一般來說，公差等級P4以上角接觸球軸承內(nèi)圈磨削加工至少需要粗磨、細磨2次循環(huán)才能滿足精度要求，其中溝道加工需要超精或拋光。軸承內(nèi)圈磨加工基本路線為：端面→內(nèi)圈外徑面（簡稱內(nèi)外徑）→內(nèi)溝道→內(nèi)徑面（簡稱內(nèi)徑）。端面、內(nèi)外徑或內(nèi)溝道為加工基準面，精度要求較高，是保證后工序加工精度的基礎。
磨削加工工藝路線的制定需綜合考慮設備能力、產(chǎn)品特點、質(zhì)量穩(wěn)定性、加工基準的確定等，不同的磨削方式采用不同的工藝路線。圖1所示為以內(nèi)外徑或內(nèi)徑為基準時的內(nèi)圈磨削工藝路線，圖中帶有括號的工序為“非必需工序”，如支內(nèi)徑磨溝無需細磨內(nèi)外徑和精研內(nèi)外徑，而支內(nèi)外徑磨溝需要這2道工序。套圈磨削在多循環(huán)之間要進行熱處理（常為低溫回火），去除附加應力，促使組織穩(wěn)定，防止套圈尺寸和精度發(fā)生變化。
圖1 精密角接觸球軸承磨削加工兩循環(huán)工藝路線
2、角接觸球軸承內(nèi)溝常用磨削方法
2.1 支內(nèi)外徑磨溝
支內(nèi)外徑磨溝是一種常用的軸承內(nèi)溝磨加工方法，其原理如圖2所示。一般采用電磁無心夾具。支承點采用硬質(zhì)合金，選用2個，并成一定角度，分別處于夾具的第3和第4象限。調(diào)整支承時要保證工件中心與夾具中心存在一定偏心量e，并使工件中心處于夾具第4象限。磨加工過程中，夾具轉動帶動工件做勻速轉動，工件受支承的限位作用，并且工件與夾具存在一定偏心，套圈可以平穩(wěn)旋轉。砂輪在磨加工前需要進行修形，利用金剛筆將砂輪外緣修整成需要的形狀。砂輪對工件進行外切磨削，外切磨削的特點是砂輪的外徑大，線速度高，磨削效率高。磨削方向與工件旋轉方向相同。
圖2 支內(nèi)外徑磨溝原理圖
加工特點：1）采用外切磨削，磨削效率高；2）以內(nèi)外徑為磨削基準，對內(nèi)外徑精度要求高；3）溝道加工精度一般。
2.2 支內(nèi)溝磨溝
支內(nèi)溝磨溝原理如圖3所示，這種加工方式表面看與支內(nèi)外徑磨溝相似，但加工原理大為不同。支內(nèi)溝磨溝以內(nèi)溝道為支承對象，內(nèi)溝道既為基準面也為磨削面，加工過程中無需考慮內(nèi)外徑精度，且溝道磨削精度可大大提升。此外，后序加工內(nèi)徑面時，仍采用支承內(nèi)溝的方式，可以有效保證內(nèi)徑面精度。磨削方式仍采用外切磨削，加工效率高。支承所處位置和工件偏心與支內(nèi)外徑磨溝相同。
圖3 支內(nèi)溝磨溝原理圖
加工特點：1）加工精度較高，尤其表現(xiàn)在內(nèi)圈溝道與內(nèi)孔的厚度變動量Ki（壁厚差）上；2）外切式磨削，磨削效率高；3）采用支內(nèi)溝磨溝工藝時，省去了內(nèi)圈擋邊外徑磨削工序，節(jié)省了工時。
2.3 支內(nèi)徑磨溝
支內(nèi)徑磨溝原理如圖4所示，其采用前、后2個支承分別支承工件內(nèi)徑面上，工件中心處于夾具第4象限，前、后支承使工件中心與砂輪中心基本處于同一水平面上，工件直接承受砂輪進給的切削力。這種加工方式以內(nèi)徑面為基準，溝道精度由內(nèi)徑精度保證，而內(nèi)徑的加工以內(nèi)外徑為基準，因此對內(nèi)外徑加工要求極高。磨削中需嚴格控制進給量，進給量過大，超過工件的變形抗力時，易導致工件產(chǎn)生變形，造成工件尺寸、圓度等精度很難控制。
圖4 支內(nèi)徑磨溝原理圖
加工特點：1）對前工序內(nèi)外徑、內(nèi)徑精度要求極高；2）對操作者技能要求高；3）生產(chǎn)效率不高。
2.4 逃逸法磨溝
逃逸法磨削內(nèi)溝是一種非限位式磨削方法，原理如圖5所示。前支承為內(nèi)支承，偏心處于第1象限，后支承為外支承，偏心處于第4 象限，兩支承夾角β= 30°～45°。砂輪進給磨削工件時，若切削力超過電磁無心夾具的夾持力，工件將脫離第4 象限的外支承。隨著磨削力的減小，工件又回落至外支承進行正常磨削。如此重復，直至磨削到所要求的尺寸。
圖5 逃逸法磨溝原理圖
加工特點：1）對前工序內(nèi)外徑、內(nèi)徑精度要求高；2）適用于薄壁系列軸承磨削；3）工件加工變形量小；4）生產(chǎn)效率不高。
3、結論
通過具體的加工試驗進行精度和效率的對比分析，得出結論：
1）精密軸承套圈磨加工采用多循環(huán)加工方式，可以降低磨削加工應力，減小變形量，提升加工精度。
2）常規(guī)精密球軸承內(nèi)溝磨削宜采用支內(nèi)溝磨溝方法，可以保證內(nèi)溝磨削精度，內(nèi)外徑只進行一次磨削加工就能滿足設計精度，避免了多循環(huán)加工，減少了加工工序，工作效率提高。
3）對于薄壁系列和特殊精度要求的精密球軸承內(nèi)溝加工，可選用逃逸法磨內(nèi)溝，雖然加工效率略低，但加工精度高，廢品率低。
內(nèi)容節(jié)選自《軸承》
（來源：軸承雜志社）
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