特大型圓錐滾子軸承內圈越程槽加工工藝改進

林國福，褚翠霞，姬曉飛，薛進武

(1.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039；2.航空精密軸承重點實驗室，河南 洛陽 471039)

雙列圓錐滾子軸承為承受徑向與軸向聯合載荷，內圈需要設計擋邊[1]，為避免擋邊與滾子發生干涉，同時也為了便于滾道和擋邊后續磨加工，通常在擋邊與滾道相連接部位設計越程槽。

1 特大型雙列圓錐滾子軸承內圈越程槽加工

通常內徑400 mm以上的軸承稱為特大型軸承，雙列圓錐滾子軸承結構如圖1所示，越程槽形狀如局部放大圖。特大型圓錐滾子軸承內圈材料一般選用GCr15SiMn或G20Cr2Ni4A。

圖1 圓錐滾子軸承結構圖

GCr15SiMn內圈加工工藝為：鍛造環形件→粗車端面、內徑面、外徑面→車滾道→車擋邊、越程槽、倒角→熱處理淬火→初磨端面→硬車內徑面→硬車擋邊外徑面、滾道、擋邊→附加回火→返車倒角→終磨端面→終磨內徑面→終磨滾道→終磨擋邊。

G20Cr2Ni4A內圈加工工藝為：鍛造環形件→粗車端面、內徑面、外徑面→車滾道→車擋邊、倒角→熱處理滲碳→車越程槽→熱處理淬火→初磨端面→硬車內徑面→硬車擋邊外徑面、滾道、擋邊→附加回火→返車倒角→終磨端面→終磨內徑面→終磨滾道→終磨擋邊。

目前這2種材料的越程槽均在淬火前車加工成形，淬火前車越程槽的優點為：材料硬度低，容易切削，形狀和尺寸容易保證；對越程槽車刀要求較低。缺點為：特大型圓錐滾子軸承內圈厚度較薄，淬火變形量較大，特別是滲碳后、淬火前車越程槽，且滲碳時不使用模具，無規則變形造成越程槽一致性差，越程槽部分區域尺寸過小，磨削滾道時易產生棱邊，后續不得不進行修車，造成越程槽過大。如：越程槽滾道方向的尺寸大于滾子倒角尺寸或成品滾道存在棱邊，在安裝使用加載后，內圈越程槽邊緣處產生應力集中，造成越程槽邊緣處剝落(圖2)，降低軸承的使用壽命。

圖2 內圈越程槽邊緣剝落

2 加工工藝改進

由于特大型圓錐滾子軸承內圈越程槽在淬火前加工，造成的返修率較高，越程槽尺寸經常大于5 mm，超出產品設計要求的最大2.2 mm(越程槽溝底尺寸2.7 mm減去越程槽在滾道方向的深度0.5 mm)，比滾子的倒角2.7 mm大很多,造成滾子轉動過程中，滾子素線與滾道方向越程槽邊緣接觸，因此，需要對內圈越程槽的加工方法進行改進。

基于特大型圓錐滾子軸承內圈淬火后初加工為硬車，淬火前無論是GCr15SiMn還是G20Cr2Ni4A材料，越程槽部位不加工至成品尺寸，僅加工成圓角(圖3)，然后進行淬火，或者滲碳、淬火。過渡圓角能夠保證G20Cr2Ni4A材料滲碳不會在過渡圓角處出現碳聚集，避免出現淬火開裂，減小淬火變形對越程槽成品尺寸的影響。

圖3 淬火前滾道與擋邊過渡處形狀

內圈熱處理淬火后，初磨兩端面，硬車內徑面、滾道和擋邊，消除熱處理的變形量；再進行附加回火；最后車越程槽和倒角，將越程槽加工至產品設計要求(圖4)。經過硬車和附加回火后的內圈尺寸穩定，內圈變形量小，終磨加工后越程槽成品尺寸一致性較好，越程槽內兩直線相交均有R1 mm的圓弧，形狀和尺寸均能夠滿足產品設計要求。

圖4 淬火后越程槽形狀

優化后G20Cr2Ni4A內圈加工工藝為：鍛造環形件→粗車端面、內徑面、外徑面→車滾道→車擋邊、車滾道擋邊圓角、倒角→熱處理滲碳→熱處理淬火→初磨端面→硬車內徑面→硬車擋邊外徑面、滾道、擋邊→附加回火→車越程槽→返車倒角→終磨端面→終磨內徑面→終磨滾道→終磨擋邊。

3 車刀的設計及使用

特大型圓錐滾子軸承內圈熱處理后的硬度為58～64 HRC，熱處理組織為馬氏體和殘余奧氏體，硬度高、耐磨性好，普通合金鋼刀片無法進行硬車加工，需要選用CBN或陶瓷刀片；而且越程槽部位尺寸較小，不易實現數控程序加工，需要設計一種專用的越程槽車刀和特定的車削方法。

根據越程槽形狀和車加工方向，車刀選用與菱形車刀一樣的成形機夾刀，結構如圖5所示。硬車越程槽為連續切削，刀片選用模壓成形的陶瓷刀片，刀片車削部位的形狀和越程槽一致；越程槽車加工滾道方向的車刀尺寸為越程槽滾道方向尺寸(2.7 mm)減去越程槽滾道方向深度(0.5 mm)和擋邊方向深度(0.5 mm)，為1.7 mm；車加工擋邊方向的車刀尺寸為越程槽擋邊方向尺寸(2.1 mm)減去越程槽擋邊方向深度(0.5 mm)，為1.6 mm，由于越程槽尺寸均為最大值，因此越程槽車刀2個方向尺寸均選為1.6 mm，車刀圓角和越程槽圓角一致為R1 mm。

圖5 越程槽車刀

特大型圓錐滾子軸承內圈熱處理后在C512立式車床上加工越程槽，首先將車刀靠近中擋邊位置，沿中擋邊x方向進刀，當切削深度達到0.5 mm時停止進刀，改為z向進刀，切削深度同樣為0.5 mm，車削完成后相反方向逐步退刀。車加工完成的越程槽使用樣板檢測尺寸均在設計要求范圍內，越程槽外觀質量相比之前也有很大提高。車小擋邊越程槽時，先將車刀角度調整與越程槽一致，同樣按照上述方法進行加工。

4 結束語

通過對特大型圓錐滾子軸承內圈越程槽加工工藝的分析，改進并形成了新的越程槽加工工藝，設計了專用的越程槽車刀，可以加工硬度58～64 HRC的材料，加工的越程槽尺寸和形狀滿足產品設計要求，越程槽內沒有氧化皮和尖角，避免了越程槽產生棱邊的可能性或越程槽滾道軸向寬度大于滾子倒角的現象，能夠提高軸承的使用壽命，對于其他類型特大型軸承套圈越程槽的加工具有一定的推廣使用價值。