E7914K軸承設計要求在軸向載荷6801.2N、徑向載荷17453.8N下,工作轉速為2896rPmin,工作壽命1200h以上,且內外圈滾道凸度要求為+2~+6um。為保證產品的特殊使用要求,需要提高一個精度等級,即達到P5(D級)精度。圓錐滾子軸承E7914K自設計定型后已3次小批量生產,工藝狀況基本穩定,產品質量比較理想,但與國外樣品比較尚存一定的差距。
1 加工工藝
產品加工采取3次磨削,工藝過程如下。
外圈:粗磨平面-粗磨外徑-粗磨滾道-附加回火-細磨平面-精研平面-細磨外徑-細磨滾道-精磨外徑-精磨滾道-100%酸洗探傷-滾道超精-退磁清洗。
內圈:粗磨平面-粗磨滾道-粗磨擋邊-粗磨內徑-附加回火-細磨平面-精研平面-細磨滾道-細磨擋邊-細磨內徑-精磨滾道-精磨內徑-100%酸洗探傷-滾道、擋邊超精-退磁清洗。
滾道凸度加工在精磨工序實現。精磨內滾道在3ME2116上進行,調整修整器角度將砂輪修整成雙曲線凹面,成形磨削;外滾道精磨在M2120磨床上加工,需要在砂輪軸座下加放墊片,以形成滾道的凸度。在直線度檢測儀上測繪出首件產品凸度圖形,精確測量出凸度值,符合要求后方可正常加工。
滾道沿用現有M8861F、M8862F手動式砂紙超精,表面粗糙度正常值在0.15~0.20Lm,且無法實現凸度加工。為降低表面粗糙度值,要延長超精時間,增加油石壓擊次數,但又不能過度以免破壞滾道凸度及素線微觀形狀。
2 產品加工精度對比
按照P5級標準,在上述工藝過程下加工出的產品各項技術參數要求、檢測結果及其與國外樣品的各項檢測數據對比見表1。該樣件已經在標準載荷下正常運轉1200h,滾道表面完好無損。
從表1的檢測數據可以看出,雖然內圈和外圈滾道的各項值均達到標準要求,但與國外產品相比尚有一定差距。
(1)平面平行差
從對比中可以看到,國外樣件的平行差僅為0.5um,測量時靈敏的千分表針微動不很明顯。雖然平面磨加工后精研,平行差在3um以內,在國內軸承行業中已處于領先地位,但同國外對比,我們在軸承套圈平面精加工設備及工藝方面與國外還有一定的差距。
(2)滾道表面粗糙度
滾道表面粗糙度大,在使用過程中會產生噪聲,影響軸承的使用壽命。E7914K內、外圈滾道表面粗糙度沒有達到P5級標準要求,主要是受設備條件限制,這種老式的超精方式與數控超精機相比,粗糙度值隨機性大且穩定性差,超精效果不理想。
(3)回轉靈活性
我廠標準規定在不影響回轉的情況下,竄動量盡可能小,以防止軸承產生大的噪聲。用手正反兩個方向轉動,滾動體相對于固定套圈應能旋轉一周以上并不得有被夾住現象。在慣性力作用下,對滾子軸承允許有驟停現象。E7914K的竄動量平均0.3mm,回轉3~5轉,按照國內標準合格。但國外樣件竄動量平均1.3mm,回轉10轉以上,非常靈活。
(4)清潔度和材質
在最終檢驗時,E7914K軸承滾道表面就已出現旋轉劃痕和油污,表面質量遠不如已工作1200h的國外樣件。這說明我廠產品在加工的各個環節都沒有完全清潔干凈,空氣中的粉塵含量高,清洗油中有污物,作業現場未嚴格達到清潔標準,管理、環境和質量意識均有差距。
將軸承滾道表面的污物清除以后,還有污物留下的劃痕,而國外樣件則沒有這種現象。只有材質質量不同才可能出現這種情形,這也說明我國的軸承鋼在冶煉、雜質含量等方面均與國外先進水平存在差距。
3 結束語
(1)加工高精度軸承套圈時,除對滾道的幾何精度嚴格控制外,還要對平面的平行差、滾道表面粗糙度給予重視,平面是套圈后續加工中的定位基準,是加工中的關鍵。平面平行差越小,后續加工的各種參數越易于保證。此外,還需提高平面精加工工藝裝備精度。
(2)國內已經有專業軸承滾道磨加工數控機床、滾道凸度數控超精機,通過CNC編程,表面粗糙度值可以控制在0.08Lm以內,凸度曲線也將隨粗糙度的改善而變得光滑理想。
(3)保持架組件收縮后竄動量的大小可以通過調整壓力機沖錘高度來保證,但是竄動量與回轉轉數之間的關系,以及回轉靈活性標準還需要作進一步地探討與研究。
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