一種滑動軸承偏心瓦塊的加工方法

劉亞芹，譚小平，魯宇峰

（西安陜鼓動力股份有限公司 工藝部，西安 710075）

多瓦塊可傾瓦滑動軸承具有穩定性高，摩擦損失較少，溫升較低和承載能力適中等特點［1-2］，近年來廣泛應用在高速渦輪機械傳動結構中。偏心瓦塊是該類軸承的關鍵零件，其傾斜度可隨軸頸位置自動調整，保持軸頸與軸瓦間的適當間隙，以適應不同的載荷、轉速及軸的彈性變形偏斜等具體情況。偏心瓦塊采用內孔與外圓偏心結構，加工精度要求高，傳統工藝采用鏜床加工，先車外圓再加工偏心內孔的工藝存在諸多問題［3］，因此，如何加工偏心瓦塊成為工藝技術人員需要解決的問題。

1 瓦塊結構及加工難點

1.1 結構

偏心瓦塊結構如圖1所示。R1為瓦塊內孔半徑，內孔處有一定厚度的軸承合金層，用于支承軸頸，瓦塊基體為碳鋼。R2為瓦塊外圓半徑。R1與R2不同心，外圓圓心B與內孔圓心A之間的偏心距為h。

圖1 偏心瓦塊結構簡圖

1.2 加工難點

加工精度要求高，瓦塊內孔尺寸公差為0～0.05 mm，以滿足軸瓦和軸頸的裝配間隙要求，外圓表面粗糙度Ra＝1.6μm，內孔和外圓的平行度為0.005 mm，故偏心外圓加工是瓦塊的加工難點。

2 加工工藝分析

2.1 瓦塊加工總體方案

圖1所示為軸承的1個瓦塊，通常1套可傾瓦軸承有3～5個瓦塊，其中4瓦塊軸承最常見。經過計算和繪圖，將4個瓦塊圓周分布在一個整圓內，如圖2所示，1個整圓料正好可以加工出4個瓦塊，滿足1套軸承的使用。因此，采用整圓料加工再切開成塊的方案。經過計算并考慮加工余量確定整圓料的尺寸為

圖2 偏心瓦塊分布圖

外圓D ＝2（h＋R2）＋10，

內孔d＝2R1－10。

2.2 偏心外圓加工方法對比

偏心外圓加工有3種方案。

（1）線切割偏心外圓。線切割加工出一段圓弧容易實現，但缺點是鉬絲對刀依靠人工觀察，加工出的圓弧因對刀差異而存在誤差，而且線切割出的表面粗糙度Ra達不到1.6μm。

（2）數控銑削偏心外圓。在數控銑床上找正整圓料，數控編程銑削出偏心外圓，可以使用回轉工作臺分度，銑削完成一塊，將下一塊旋轉到加工位置，依次加工完成各瓦塊；也可以一次編程銑削完成4個瓦塊的加工。缺點是：當瓦塊軸向尺寸較大時，所需銑刀刃部太寬，刀具懸伸長，切削阻力大，剛性變差［4］，加工精度受影響。而且銑刀側刃銑削出的表面粗糙度Ra很難達到1.6μm。此方法適于軸向尺寸較小、表面要求不高的工件。

（3）車偏心外圓＋磨削。通過工裝夾具裝夾瓦塊，將瓦塊車削的回轉中心調整到B點（圖1），車削偏心外圓，然后工裝不變在外圓磨床上將偏心外圓加工至工藝要求。該工藝方法一次裝夾可以完成2個瓦塊的加工，通過磨削，外圓表面粗糙度Ra可以達到1.6μm，尺寸精度也容易保證。

綜合對比，瓦塊的偏心外圓加工工藝采用車偏心外圓＋磨削的方法。

2.3 偏心瓦塊加工過程

（1）準備整圓毛坯料。一次裝夾完成粗車外圓和內孔，以保證內、外圓同心度和表面粗糙度，在整圓料的軸向尺寸留13～15 mm的工藝卡頭，用于車削時卡盤卡爪夾持工件。

（2）粗車外圓、內孔及兩端面，保留工藝卡頭。

（3）脫氫處理。由于鋼的冶煉過程中不可避免地存在殘余氫離子，隨著時間的推移，氫離子不斷分解成氫氣從鋼材中析出，析出氫氣的一部分集結于瓦塊鋼體與合金的結合部位造成鼓包現象。為預防鋼體中氫氣的析出，保證鋼體與合金的結合質量，在澆鑄合金前應對鋼體進行一次脫氫處理。

（4）半精車。要求合金結合面無油污、無氧化，低速車削，工件轉速不大于60 r／min，進給量為0.4 mm／r，背吃刀量小于0.5 mm。所用刀具、量具、輔具必須除油，加工時不允許使用冷卻液，加工后的合金結合面禁止觸摸或其他沾污。

（5）澆鑄軸承合金。

（6）半精車。

（7）磨兩端面。

（8）超聲波探傷檢驗合金結合面質量。

（9）鉆工藝孔，用于工件在工裝上的裝夾。

（10）切開各瓦塊。

（11）煤油滲透檢驗。

（12）使用工裝車偏心外圓，留磨量。

（13）磨偏心外圓至工藝要求。磨削前需修研中心孔，以提高定位精度，從而提高被加工表面的位置精度。

（14）精車內孔。

（15）清洗，煤油滲透檢驗。

3 工裝夾具結構分析

3.1 偏心外圓加工專用夾具

車、磨偏心外圓使用同一套夾具，其結構如圖3所示。芯軸體設計為階梯軸，左端留出30～40 mm用于車床夾持芯軸；中間為瓦塊的定位端面和配合芯軸面，定位端面上開定位銷孔，與瓦塊配合的芯軸尺寸需要根據瓦塊的尺寸進行計算；右端設計與壓板配合的軸和螺紋，螺紋底部留出退刀槽。保留軸兩端中心孔，因為車、磨瓦塊外圓時均以兩中心孔作定位基準［5］，以提高瓦塊外圓的加工精度。

圖3 車偏心外圓夾具

在加工偏心外圓之前，先在瓦塊上加工2個工藝銷孔，芯軸上的銷孔位置根據瓦塊尺寸確定。為保證銷孔的位置精確，避免安裝夾具時出現裝配困難，瓦塊上銷孔在數控銑床或坐標鏜床上加工，芯軸上銷孔在坐標鏜床上加工。瓦塊使用銷子定位裝入芯軸，用壓板和圓螺母壓緊。

瓦塊在各塊切開后加工偏心外圓，車、磨偏心使用同一套工裝，避免了二次裝夾，可減少制造誤差。每次裝夾2個瓦塊，因為加工偏心外圓時，回轉中心有偏移，如果裝夾4個瓦塊，瓦塊之間會互相干涉。

3.2 精車瓦塊內孔用工裝

設計的精車瓦塊內孔專用工裝結構如圖4所示，一次裝夾4個瓦塊，同時車削加工，保證了瓦塊內孔尺寸的一致性。該工裝有嚴格的精度要求，用工裝保證瓦塊內孔和外圓的平行度，滿足瓦塊和軸的裝配間隙要求。

圖4 精車瓦塊內孔工裝

4 結束語

該偏心瓦塊的加工方法完全滿足工藝技術要求，使偏心外圓的精度提高，設計的工裝夾具制造簡單，使用方便。此加工方法已成功加工出上百件產品的偏心瓦塊，完全滿足軸承的使用要求。