控制薄壁軸承套圈加工端面翹曲的工藝改進

葉亞飛，李凌鑫，張中元，崔靜偉，杜治國

(1.洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術重點實驗室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產業技術創新戰略聯盟，河南 洛陽 471039)

薄壁軸承是所有尺寸系列中壁厚最薄的一種軸承，其外、內徑尺寸比通常小于1.143[1-2]。由于薄壁軸承具有長徑比小、體積小和質量小的特點，有助于減小儀器和設備的體積、質量和總成本，常被用于需要精確控制或旋轉軸拆卸位置苛刻的地方。

有關薄壁軸承套圈加工中存在的工藝難點及解決辦法以前的文獻多有論述[3-4]。文中僅對薄壁軸承套圈多件合鍛(2件以上)磨削加工時如何有效控制端面翹曲進行分析和討論，并提出一種有效的加工方法，使薄壁軸承套圈的加工精度得到保證。

1 端面翹曲的不利影響

軸承套圈端面在磨削加工中作為加工的定位基準，磨端面是套圈磨削加工的第1道工序。套圈可以看作是彈性元件，溝道磨削中如果套圈存在翹曲變形，上磁后套圈基準端面即緊貼磁極端面，溝道磨削并退磁后套圈又恢復原狀，套圈基準端面翹曲仍然存在，會對套圈溝道對基準端面的跳動產生不利影響。

在薄壁軸承的相關標準和產品設計中，雖然對套圈端面翹曲沒有明確的規定，但是在工藝編制和加工過程中要嚴格控制套圈端面翹曲[5]。如果端面翹曲過大或翹曲形狀不規則，會影響后續溝道加工，造成溝道對端面跳動值變大，產生廢品。

2 套圈合鍛工藝對端面翹曲的影響

薄壁軸承套圈鍛造通常采用多件(2件或以上)合鍛工藝，不僅能節約原料和降低成本，還可以最大限度地減小熱處理過程中套圈原始端面翹曲，為后續套圈磨削加工糾正和控制套圈端面翹曲提供有效保證。按照軸承尺寸、模具結構和鍛造設備的不同，中大型薄壁軸承套圈鍛造一般采用2件、3件、4件，甚至5件一起合鍛。

多件合鍛的套圈加工中需進行剖分,通常為多件合鍛套圈粗磨1遍后，用線切割機床剖分，1次完成。套圈1次定位線切割剖分后，未考慮機床定位和加工精度對套圈尺寸和公差的影響。粗磨后2件以上合鍛套圈線切割剖分時，由于機床本身的x,y運動導軌不垂直，且固定套圈的定位基準面與機床的鉬絲走線方向不能完全平行，在機床有效行程空間上會產生交叉，導致線切割剖分完成后中間套圈的兩端面因線切割剖分而不平行。中間套圈的徑向截面可能呈平行四邊形、梯形或不規則形狀，其端面基準與粗磨后原套圈基準端面和內、外徑的相對位置已發生變化，端面基準被破壞，即中間套圈沒有基準端面，套圈端面與內、外徑面產生較大的垂直差。

另外,剖分后套圈的高度尺寸越來越小，加之套圈存在殘余內應力，線切割剖分后套圈端面翹曲仍然存在，后續套圈高度和內、外徑面加工工序等因磨削留量不足而產生廢品。

3 解決措施及應用

優化薄壁軸承套圈加工工藝是解決套圈端面翹曲的根本方法，通過調整和細化磨削加工工藝，并選用合適的加工設備，在磨削加工工藝中逐步控制，解決了軸承的端面翹曲問題。以某型號P4精度角接觸球軸承(表1)為例，說明薄壁軸承端面翹曲和多件合鍛(2件以上)磨削加工時工藝控制方法。

表1 軸承相關參數

3.1 原磨削加工工藝

采用3件合鍛工藝的軸承套圈熱處理后，原工藝為：初磨端面→初磨外徑面→初磨外內徑面→線切割→粗磨端面→粗磨外徑面→粗磨外內徑面→粗磨外溝→酸洗→探傷→穩定處理→加工倒角。熱處理后，3件合鍛套圈(圓筒狀)內、外圈端面的原始翹曲實測值見表2。

表2 套圈端面原始翹曲實測結果

由表2可以看出，套圈的原始端面翹曲值很大，而且比較分散。通過對套圈原始端面翹曲的測量，并進行高度尺寸分組，以便在后續磨削中獲得最佳的生產效率和經濟效益。

3.2 改進后的磨削加工工藝

為保證線切割剖分后套圈的形位公差和尺寸公差，并適度控制端面翹曲，必須改進磨削加工工藝，改進后的工藝為：粗磨端面→粗磨外徑面→粗磨外內徑面→酸洗→探傷→穩定處理→粗研端面→線切割→精磨端面→精磨外徑面→精磨外內徑面→粗磨外溝→粗磨斜坡→酸洗→探傷→穩定處理→加工倒角。根據零件加工需要，需組合采用MKD7675二工位往復式數控雙端面磨床，MB43100和ELC1200平面研磨機研磨套圈。

對薄壁軸承套圈磨削加工工藝進行適當的改進,具體方法如下：

1)熱處理后的套圈在粗磨加工第1遍后增加粗研端面工序，控制端面翹曲、尺寸差和平行差滿足工藝要求。

2)對于3件合鍛套圈，線切割剖分時要分步實施，每剖分1次，需對剖分后的套圈進行研磨，使端面翹曲滿足工藝要求,并控制零件的高度尺寸和平行差在工藝要求的范圍內。采用套圈1/3高度剖分→分別研磨1/3高度和2/3高度剖分套圈端面→對2/3高度套圈進行1/2高度剖分→研磨端面的部分和研磨順序(圖1)，經過上述加工后3件合鍛套圈即剖分為單個套圈。

該工序結束后套圈加工精度基本滿足工藝要求：單個套圈端面翹曲和平行差的最大值控制在成品套圈工藝要求的1.3倍以內，為后續套圈精加工作準備。最后，經過對套圈多次循環磨削，到精研端面工序后，套圈的端面翹曲值已滿足成品零件的工藝要求。端面翹曲和平行差測量結果見表3。

4 結束語

薄壁軸承加工中套圈端面翹曲控制的好壞是保證軸承精度的基礎，通過調整、增加和細化薄壁軸承的磨削加工工藝，并采用一些關鍵的設備，可以使零件的廢品率不超過5%。