鐵路貨車圓錐滾子軸承內圈及油溝車加工工藝優化

張洋,李力新,李碧

(成都天馬鐵路軸承有限公司,成都 610300)

鐵路貨車軸承大量采用無軸箱方式安裝,直接暴露在自然環境中,運行環境惡劣。為保證鐵路貨車軸承正常運轉,滿足8年或80萬公里(以先到者為準)的使用要求[1-2],對軸承材料、加工、熱處理、裝配使用各環節提出了苛刻要求。雖然目前鐵路貨車圓錐滾子軸承內圈制造工藝已十分成熟,但隨著技術的進步,加工方法及流程均可進一步優化,因此,主要針對內圈車削加工工藝及油溝形狀改善進行優化和分析。

1 常規加工方式及存在的問題

以352226X-2RZ鐵路貨車內圈為研究對象,材料為G20CrNi2MoA滲碳鋼,為提高軸承壽命,油溝設計為窄、小結構,且要求底部圓滑過渡,如圖1所示。該類軸承內圈加工通常采用液壓SY125,C7620,SY144半自動多刀車床等,油溝加工選用焊接刀具(基體為普通材料,工作部分材料為YT15),先按照標準制作油溝樣板,再按照樣板進行油溝磨削加工。內圈加工工藝流程為：粗車內徑面、大端面及倒角→粗車大小外徑面、擋邊、小端面及倒角→精車內徑面、大端面及倒角→標識→粗車滾道及擋邊→精車滾道、擋邊、大小外徑面、小端面及倒角→車大小油溝→倒大端面內、外角。該加工工藝主要存在以下問題：

圖1 油溝結構示意圖

1)內圈單一平面內徑變動量、內圈平均內徑變動量以及滾道單一平面直徑變動量大于0.10 mm的(工藝要求不大于0.09 mm)比例約為75%。

2)部分油溝形狀、曲率不符合圖紙要求,如圖2所示;同時,油溝中還會出現積屑瘤,不合格率約為3%。為保證產品質量,需進行返工處理,費時費力。

(a) 大端切片投影圖 (b) 小端油溝輪廓檢測圖

2 原因分析

1)因前期高可靠性、高精度、高效率、高綜合切削性能設備少或沒有,對員工技能要求高,因此只能將復雜工序拆分成多工步,使每工步加工簡單。多次裝夾,車削量不穩定等因素導致內圈加工精度低。

2)內圈材料為G20CrNi2MoA滲碳鋼,材料塑性高、硬度低,在車削過程中金屬變形大,易產生積屑瘤。

3)人工磨削刀具后,使用磨刀樣板與其進行對比檢查,發現存在圓弧、斷削槽大小不一致,角度不合格的情況。檢查完成后進行安裝,以加工好的產品為樣件進行校對,再通過螺釘鎖緊刀桿,刀具在該過程中易出現移動,從而使加工的油溝位置不合格,導致大擋邊與滾子接觸面長短不一,滾道面有“筋”,進而影響產品后序加工或壽命。

3 改進措施

為提高內圈及油溝加工精度,選用某廠高可靠性、高精度、高效率、高綜合切削性能的CK7150A數控設備進行加工[3],加工示意圖如圖3所示,改進后的工藝流程為：粗車外徑面、大小擋邊面、小端面及倒角→粗車、精車內徑面、大端面及倒外角→精車滾道、小端面、大小擋邊面、大小油溝及倒角→標識。

圖3油溝加工示意圖

大端油溝刀具設計為夾角30°,尖角曲率半徑為0.9 mm的專用刀,如圖4所示;小端油溝選擇DNMG150412標準刀,通過走行程的方式完成加工。選擇適合高速、高溫、切削性能好的鎢鈷鈦類(YT)硬質合金作為基體,使用化學氣相沉積(CVD)的涂層方式在其表面涂TiN+Al2O3難熔化合物,以增加刀具的加工精度及耐磨性。采用可轉位機夾式,不可刃磨。為減小切屑變形以及切屑與前刀面的摩擦,增加刀具的鋒利程度,結合工件材料,選擇10°的正前角;為減小刀具與工件的摩擦,使其易于排屑,選取0°的后角[4-5]。

圖4 大端油溝加工專用刀結構

選擇實心鋼制刀桿,安裝、調試后不再拆卸,每次只需更換刀具即可;為避免車削過程中出現振動,采用25 mm×25 mm的刀桿;根據密封槽相對端面的位置及刀桿夾緊位置,選擇長度150 mm的刀桿;采用銷釘+壓板的方式;刀具下設有刀墊進行減振[6-7]。

4 實際加工效果

為了驗證新工藝是否能達到預期效果,進行了6批次試驗,檢測加工后內圈的各項技術指標,結果見表1。為驗證加工后油溝形狀是否滿足要求,同樣進行了6批次試驗,檢測油溝形狀是否合格,結果見表2,油溝形狀如圖5所示。

表1 改進加工工藝后內圈的各項技術指標

表2 油溝加工試驗數據

(a) 大端切片投影圖 (b) 小端油溝輪廓檢測圖

由表1和表2可知：

1)采用改進工藝加工的內圈單一平面內徑變動量、內圈平均內徑變動量以及滾道單一平面直徑變動量在0.05～0.06 mm之間,滿足工藝要求,且縮短了加工周期。

2)采用改進工藝加工的油溝形狀良好,無毛刺或積屑瘤,R角過渡圓滑,油溝合格率明顯提高,滿足了油溝加工要求。

根據經驗值及試驗數據,設備轉速控制在350～850 r/min,進給量控制在0.08～0.35 mm/r,加工質量、效率最佳。

5 結束語

截止目前,采用改進工藝加工的鐵路貨車圓錐滾子軸承內圈已經達到5 000 000個,內圈形狀公差壓縮至改進前的60%左右,且未發生因油溝形狀誤差而產生的質量問題,保證了產品的一致性,縮短了工藝流程,效率提高了約8%。通過優化內圈加工工藝,改善油溝形狀,提高了該類軸承的加工精度,進一步保證了鐵路貨車的行車安全。