薄壁微型軸承凸緣外圈退刀槽的修整加工

張旭，崔靜偉，馬萬明，吳東陽

(1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點實驗室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039)

1 凸緣外圈退刀槽修整問題

外圈帶凸緣薄壁微型軸承質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊，滿足特殊的安裝使用要求，廣泛應用于多種領(lǐng)域。由于外圈帶凸緣，加工工藝相對復雜，具體工藝路線為：車成形→磨切斷面→軟磨大外徑面→車退刀槽→熱處理→精車倒角→精研兩平面→精磨大外徑面→粗磨小外徑面→粗磨凸緣小端面→精磨內(nèi)徑面→粗磨溝道→酸洗、穩(wěn)定處理→精磨凸緣小端面→精磨溝道→酸洗、穩(wěn)定處理→超精溝道→修磨小外徑面→探傷。按照設(shè)計要求，需在外圈凸緣處車制退刀槽，使其能夠與其他零件準確可靠定位，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 薄壁微型軸承凸緣外圈退刀槽結(jié)構(gòu)示意圖

退刀槽形狀及尺寸由成形車刀保證，由于退刀槽尺寸較小，加工后尺寸測量較為不便，測量結(jié)果存在誤差，再加上刀具的磨損，可能導致車削退刀槽尺寸偏小，使粗磨凸緣小端面后，造成外圈凸緣端面平行差過大，不能滿足加工工藝要求。為降低生產(chǎn)成本，避免出現(xiàn)廢品，需對退刀槽進行修整，使外圈凸緣端面平行度檢測結(jié)果滿足加工工藝要求，且其他形位公差和尺寸亦在工藝范圍之內(nèi)。

2 退刀槽修整夾具的設(shè)計與改進

2.1 退刀槽的軸向裝夾修整加工

以FR1××型薄壁微型軸承凸緣外圈為例，其成品直徑為9.525 mm，壁厚為0.419 mm，徑厚比達到11.4，退刀槽壁厚最薄處僅有0.4 mm，退刀槽的修整具有較大的難度。

外圈車成形后經(jīng)過磨切斷面、精研兩平面、軟磨和精磨大外徑面后，大端面寬度由0.8 mm減小至0.63 mm，壁厚減薄至0.515 mm，減薄量為10.4%，具體各參數(shù)如圖2所示。由于此時軸承剛性降低，為防止外圈產(chǎn)生變形，不宜采用卡盤直接裝夾的方式對退刀槽進行修整。

圖2 FR1××外圈工藝參數(shù)要求

因此，采用軸向垂直壓緊裝夾方式對退刀槽進行修整，如圖3所示。將芯軸裝夾在卡盤上，外圈與芯軸間隙配合，以便于外圈的裝夾與脫模。外圈右端加墊片并用螺母緊固。由螺母調(diào)節(jié)軸向力，根據(jù)經(jīng)驗，當螺母接觸軸承端面后，再旋轉(zhuǎn)0.5～1圈為宜。

1—芯軸；2—卡盤；3—外圈；4—墊片；5—螺母

2.2 影響因素

調(diào)整合適的工藝參數(shù)，在主軸轉(zhuǎn)速800 r/min、進給量0.03 mm/r的條件下，采用成形車刀對外圈退刀槽不合格品進行修整。隨機抽取5件修整后的外圈進行測量(下同)，發(fā)現(xiàn)套圈變形嚴重，出現(xiàn)鼓形現(xiàn)象，外圈圓度值較大，端面不平整，有凸、凹部分，套圈寬度值增加。

2.2.1 熱變形

軸承外圈壁薄，剛性弱，抗變形能力差，在切削力和切削熱的作用下，加工表面可能產(chǎn)生不同程度的塑性變形和熱變形，引起體積改變，并產(chǎn)生內(nèi)應力。退刀槽修整產(chǎn)生新的內(nèi)應力使套圈產(chǎn)生變形。因此，采用美孚克特230冷卻液在退刀槽修整時進行冷卻，對增加冷卻后修整的外圈進行檢測，發(fā)現(xiàn)變形有所改善，但仍未達到產(chǎn)品工藝要求。

2.2.2 芯軸與外圈配合間隙

研究發(fā)現(xiàn)，外圈與芯軸的配合間隙h對外圈退刀槽的修整效果有較大的影響。利用接觸式圓度測量儀、千分尺對外圈外徑圓度及寬度進行測量，結(jié)果見表1。由表可知，當間隙h較小時，變形不明顯，基本不出現(xiàn)鼓形現(xiàn)象，外徑圓度值較小，但外圈脫模較為困難，脫模后會使外圈內(nèi)表面出現(xiàn)劃傷。當間隙h增大時，套圈脫模容易，但修整后的變形嚴重，出現(xiàn)明顯的鼓形隆起，外徑圓度差。

表1 FR1××外圈修整測試結(jié)果

2.3 夾具的改進設(shè)計

為消除外圈與芯軸之間的配合間隙，且便于脫模，對裝夾模具進行改進，如圖4所示。在錐體芯軸外徑配置一個錐體套和一個可脹套筒，通過螺紋調(diào)節(jié)錐體套的左右移動。錐體套上設(shè)有幾個開口，在與芯軸配合的錐面的作用下脹開，使可脹套筒擴張，消除外圈與套筒的配合間隙。外圈兩端通過端蓋緊固，保證退刀槽的修整加工順利完成。在配合面上均勻涂抹一層潤滑油，以便于外圈脫模。并在修整加工時采用美孚克特230冷卻液進行冷卻。

1—錐體芯軸；2—卡盤；3—左端蓋；4,6—墊片；5—外圈；7—可脹套筒；8—錐體套；9—右端蓋

2.4 使用效果

對夾具改進后，隨機抽取5個修整件，利用工具顯微鏡檢測的結(jié)果見表2。由表可知，修整后的退刀槽尺寸合格，外圈外徑圓度值及寬度變化量均在工藝范圍內(nèi)，其他檢測值雖有一定變化，但符合加工要求，能夠保證外圈的尺寸和形位公差滿足要求。

表2 FR1××外圈原始圓度及修整后各項參數(shù) mm

3 結(jié)束語

薄壁微型軸承凸緣外圈退刀槽尺寸過小，使軸承端面平行度較差，影響軸承的精確定位安裝。采用垂直壓緊方式對退刀槽進行修整加工，夾具的外圈與芯軸配合間隙不易控制。通過對退刀槽修整用裝夾模具的結(jié)構(gòu)改進，消除了外圈與芯軸間的配合間隙，減小了外圈變形量，且便于脫模。退刀槽修整后的外圈各項參數(shù)完全符合加工工藝要求，解決了薄壁微型軸承凸緣外圈退刀槽修整加工問題，降低了廢品率，提高了經(jīng)濟效益。