1 前言
我厂为某特殊钢厂加工的大型薄壁交叉滚子轴承是工业炼钢炉下面的旋转轴承,其结构见图1旋转轴承的装配技术要求为:
图 1 交叉滚子轴承
(1)132个滚柱1∶1交叉排列;
(2)轴向间隙为0.3mm～0.5mm;
(3)装配后转动灵活,不得有阻滞卡死现象.这样大型薄壁交叉滚子轴承的加工在我厂还是遇到。根据图纸要求及使用特点,此轴承的加工关键在于内、外圈的合理加工。按技术条件,工序安排为:
锻造→粗加工→调质→半精加工→时效→精车→热处理→磨削加工→装配。
以上各工序的加工难点就是磨削加工,磨削加工是整个机械加工过程的末尾工序,要磨去各滚道表面的多余金属,达到一定的粗糙度,完成形位公差的技术要求。因此选择合理的磨削方法是保证滚道各项精度与表面质量的关键。为此我们先后进行了下述三种方案比较:
方案一:见图2所示。即将工件外圈装夹在1532立车的回转工作台上,碗形砂轮磨头装夹在特制的45°底板上,并固定在1532立车右刀架上。让磨头作径向进给,工件随工作台作回转运动以达到对45°滚道面的磨削。结果磨出的滚道面是凹弧面,不是圆锥面,故该方案不予采纳。
图2 薄壁交叉滚子轴承磨削加工方案一
方案二:见图3所示,采用265B镗床后立柱作垂直支承,并特制一个能旋转360°角带小托板刀架的磨头装置,装夹在外伸臂上。工件考虑用直径为1.5m淬火回转台装夹,因直径太小,只好借助胎具1将工件如图3所示装夹。工件随工作台作回转运动,磨头一边作径向进给,一边手动小托板作平行45°滚道面的直线运动,来实现内、外圈滚道面的磨削加工。由于该方案需要制作的辅具太多,仅辅具费用就约5.5万元,而且延长了加工时间,使产品的制造成本过高,由此本方案也没有采纳。
图3 薄壁交叉滚子轴承磨削加工方案二
方案三:见图4 图5所示。即将镗床回转工作台与分厂现有设备10m导轨磨床相结合,改制磨头做径向进给,工件随工作台做旋转运动。 该方案取得了轴承内外圈45°滚道面磨削加工的成功,磨削表面质量和生产率都有较大提高。
图4 薄壁交叉滚子轴承磨削加工方案三
图5 薄壁交叉滚子轴承磨削加工方案三
2 内外圈的磨前加工
见图6、7、8所示,上圈、下圈、外圈的材质均为5CrMnMo,技术要求为:
图6 交叉滚子轴承上圈
图7 交叉滚子轴承下圈
图8 交叉滚子轴承外圈
(1)滚道表面淬火硬度HRC50～55,深度不得小于2.5mm;
(2)滚道表面粗糙度为Ra0.8;
(3)内外圈的圆度允差为0.1;
(4)两端面的平面度允差为0.1,平行度允差为0.2。
2.1 粗加工
锻造后在1532立车上粗车内外圈,两端面各留量15mm～20mm,外圆留量15mm,滚道面暂不加工。
2.2 调质
2.3 半精车加工
将调质后的内外圈的内孔、外圆、端面及滚道面各留量5mm～7mm车出。
2.4 时效
自然时效7～14天,消除半精车加工后产生的内应力。
2.5 精车
在1532立车上,精车内、外圈各部符图,滚道面单面留磨1mm～1.5mm
2.6 热处理
因内外圈结构尺寸较大,采用火焰表面淬火,淬火后硬度HRC50～55,深度为4mm。
3 内外圈的磨削加工
如方案三所述,将10m导轨磨床与回转工作台相结合,采用改制的磨头,完成45°滚道面的磨削加工。
3.1 对机床精度的要求
为保证内外圈各滚道面的加工精度,要求回转工作台必须具有符合加工要求的精度,并在磨削过程中保持这种精度。工件未装夹前,按图9所示担平尺,并用水平仪检测工作台的安装精度,平面度允差为0.02.
3.2 工件的装夹、找正方式
根据机床性能,10m导轨磨床立磨头的磨削高度范围在1.4m～1.8m之内。为此,内外圈的装夹如图4、5所示;而上下圈以2530止口、凸台相配合定位。采用一次装夹磨削方式,目的是更好的保证上、下圈装配后两45°滚槽面互成90°±20′几何精度。磨削前首先按图10(a、b)所示,分别拉表找正M、N两上端面的平面度允差0.02。各滚道面的允差在0.05～0.1之内。然后即可启动工作台、立磨头,选择合理的砂轮及磨削用量开始磨削加工.
3.3 砂轮及磨削用量
砂轮和磨削用量选择不当,会引起滚道面较大的热变形。对于淬火的合金钢滚道面,以选择GB46ZR2A·P150×32×32的砂轮为好。
磨削用量:磨削速度=23m/s;工件的线速度=6m/min;横向进给量=0.05mm～0.1mm。
3.4 磨头的结构
如图11所示:砂轮片1、2分别在车床上加工成45°圆锥体,互成90°装在砂轮衬套3上,并用压紧螺钉4、螺母5紧固于磨头主轴6上,调整垫片7可调整砂轮轴向安装尺寸,平衡块8保证磨头旋转时能进行平稳磨削加工。
该磨头的特点是:磨削时磨头不用旋转角度,砂轮与滚道面成线接触,磨出的滚道面是45°圆锥面,符合工件各滚道面几何尺寸及设计要求。
3.5 砂轮的修整
砂轮使用一段时间后,发生钝化而失去切削能力和正确的几何形状,要进行修整,我们采用如图12所示方法,将砂轮片1、2磨钝的表面去除一层,使之露出新的刃口,并修整为45°。
3.6 磨削加工
采用圆周磨削方式,并加冷却液,磨削时,砂轮和工件接触面积小,发热少,散热快,排屑条件好。经检测,滚道表面粗糙度达Ra0.8以上,各形位公差完全达到图纸要求。
4 总装
将132个滚柱1∶1交叉排列装于滚道,调整轴承轴向间隙为0.35mm,轴承转动灵活,无阻滞卡死现象。
5 结语
生产实践证明,上述内、外圈滚道面的磨削方法经济、方便,效率又高,装配后完全达到装配精度和技术要求。
大型薄壁交叉滚子轴承滚道面磨削加工的成功,为我厂以后生产同类产品打下了可靠的基础.
