高精度圆柱滚子倒角磨削工艺

　　摘　要：针对高精度圆柱滚子在传统工艺加工中存在的诸多问题，在滚子加工中增加倒角磨削工序，分析了工艺方案，并对加工出的产品进行了数据检测对比。
　　关键词：圆柱滚子轴承；滚子倒角；磨削；切入磨；精度；表面粗糙度
　　圆柱滚子轴承因其摩擦因数小，适合高速运转而广泛应用于大中型航空发动机、车辆及机床主轴等。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。按精度分类滚子可分为4级：0级、Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级，精度由高到低。一般工业用轴承要求滚子精度达到Ⅱ，Ⅲ级即可，随着我国航空业的快速发展，其对轴承制造精度的要求越来越高。如：某航空轴承设计转速达到10⁶r/min，要求滚子精度达到0，Ⅰ级。因此，开展对高精度圆柱滚子加工工艺的研究显得尤为迫切。轴承滚子的倒角，传统加工工艺是车削或冲压加工，成形后不再进行磨削加工，加工质量不高，容易产生很多问题。而国外知名品牌高速轴承（特别是航空轴承）精度普遍达到P4，甚至P2，使用的滚子对应Ⅰ级，甚至0级，滚子倒角均经过磨削，并需通过动平衡检测，滚子加工设备和工艺技术较为先进，国内针对圆柱滚子倒角磨削加工的研究才刚刚起步。
　　1　传统工艺存在的问题
　　滚子传统加工工艺流程为：车削加工（车倒角、切断）→软磨端面→淬火→粗磨滚动面1→粗磨端面1→酸洗→窜软点检查→探伤→附加回火→粗磨滚动面2→粗磨端面2→细磨滚动面→终磨端面→终磨滚动面→精磨端面→超精滚动面。
　　传统工艺方法加工的滚子主要存在问题有：轴向和径向坐标不对称，倒角偏斜；表面粗糙度差、倒角圆弧面跳动超差；遗留车刀纹等。存在的诸多问题易造成滚子歪斜、滑动、偏心、边缘应力集中、端面磨损而使轴承失效。滚子倒角形状不好或有缺陷时，在高速运转情况下，倒角会像泵一样，周期性地压缩轴承内的润滑油，使滚子的运转阻力增大，润滑油温升过快、过高，造成轴承失效。因此，增加对高精度滚子倒角的磨削工艺显得尤为必要。
　　2　改进后工艺方案
　　某轴间轴承用Φ9mm×9mm的滚子，倒角精度要求高，滚子工艺参数如图1所示。
　　采取在滚子热处理后进行倒角的磨削加工。设计的滚子加工工艺流程为：车削加工→软磨端面→淬火→粗磨滚动面1→粗磨端面1→酸洗→窜软点检查→探伤→附加回火→粗磨滚动面2→粗磨端面2→修磨倒角→细磨滚动面→终磨端面→终磨滚动面→精磨端面→超精滚动面。利用M8804K（沟道磨床）机床，采用切入式磨削（将砂轮修整成与倒角形状一致）或摆头法进行渐次加工，单粒磨削，并采用专用支承，利用磁极吸附端面，对滚子倒角进行磨削，如图2所示。采用3mm厚粒度为80～100目的混合刚玉砂轮；磨削量不大于0.2mm；砂轮修整方式为对称中心开槽方法；采用L形尼龙（聚酰胺）支撑，宽度选取为滚子长度的0.3～0.5倍，对于加工小尺寸滚子，由于空间有限，选用一体式支承；砂轮转动中心与倒角圆弧中心必须重合，以保证倒角圆弧R（0.9～0.95）mm的成形轮廓。
　　3　检测
　　采用Taylor轮廓仪和Taylor粗糙度仪对倒角坐标尺寸和表面粗糙度进行检测。本次试制首次测量了倒角圆弧对基准中心圆的跳动，在C742圆柱滚子端面侧摆测量仪上加装磁力表架，表尖处于圆弧倒角中心线与水平线成45°夹角的方向，滚子在压轮带动下匀速旋转一周，千分表上显示数值即为倒角圆弧对基准中心圆跳动。
　　工艺改进前、后检测数据对比见表1。由表1可知，改进后滚子各项指标均达到产品设计要求。
　　4　结束语
　　对于高精度圆柱滚子轴承滚子倒角的加工，增加磨削工序，可以更加有效地保证滚子倒角的尺寸和几何精度，对于提高圆柱滚子轴承的精度和使用寿命非常有益。但是由于其加工方式为单粒切入磨削加工，加工效率不高，加工范围为Φ20×20mm之内的圆柱滚子。