一种滑动轴承偏心瓦块的加工方法

刘亚芹，谭小平，鲁宇峰

（西安陕鼓动力股份有限公司 工艺部，西安 710075）

多瓦块可倾瓦滑动轴承具有稳定性高，摩擦损失较少，温升较低和承载能力适中等特点［1-2］，近年来广泛应用在高速涡轮机械传动结构中。偏心瓦块是该类轴承的关键零件，其倾斜度可随轴颈位置自动调整，保持轴颈与轴瓦间的适当间隙，以适应不同的载荷、转速及轴的弹性变形偏斜等具体情况。偏心瓦块采用内孔与外圆偏心结构，加工精度要求高，传统工艺采用镗床加工，先车外圆再加工偏心内孔的工艺存在诸多问题［3］，因此，如何加工偏心瓦块成为工艺技术人员需要解决的问题。

1 瓦块结构及加工难点

1.1 结构

偏心瓦块结构如图1所示。R1为瓦块内孔半径，内孔处有一定厚度的轴承合金层，用于支承轴颈，瓦块基体为碳钢。R2为瓦块外圆半径。R1与R2不同心，外圆圆心B与内孔圆心A之间的偏心距为h。

图1 偏心瓦块结构简图

1.2 加工难点

加工精度要求高，瓦块内孔尺寸公差为0～0.05 mm，以满足轴瓦和轴颈的装配间隙要求，外圆表面粗糙度Ra＝1.6μm，内孔和外圆的平行度为0.005 mm，故偏心外圆加工是瓦块的加工难点。

2 加工工艺分析

2.1 瓦块加工总体方案

图1所示为轴承的1个瓦块，通常1套可倾瓦轴承有3～5个瓦块，其中4瓦块轴承最常见。经过计算和绘图，将4个瓦块圆周分布在一个整圆内，如图2所示，1个整圆料正好可以加工出4个瓦块，满足1套轴承的使用。因此，采用整圆料加工再切开成块的方案。经过计算并考虑加工余量确定整圆料的尺寸为

图2 偏心瓦块分布图

外圆D ＝2（h＋R2）＋10，

内孔d＝2R1－10。

2.2 偏心外圆加工方法对比

偏心外圆加工有3种方案。

（1）线切割偏心外圆。线切割加工出一段圆弧容易实现，但缺点是钼丝对刀依靠人工观察，加工出的圆弧因对刀差异而存在误差，而且线切割出的表面粗糙度Ra达不到1.6μm。

（2）数控铣削偏心外圆。在数控铣床上找正整圆料，数控编程铣削出偏心外圆，可以使用回转工作台分度，铣削完成一块，将下一块旋转到加工位置，依次加工完成各瓦块；也可以一次编程铣削完成4个瓦块的加工。缺点是：当瓦块轴向尺寸较大时，所需铣刀刃部太宽，刀具悬伸长，切削阻力大，刚性变差［4］，加工精度受影响。而且铣刀侧刃铣削出的表面粗糙度Ra很难达到1.6μm。此方法适于轴向尺寸较小、表面要求不高的工件。

（3）车偏心外圆＋磨削。通过工装夹具装夹瓦块，将瓦块车削的回转中心调整到B点（图1），车削偏心外圆，然后工装不变在外圆磨床上将偏心外圆加工至工艺要求。该工艺方法一次装夹可以完成2个瓦块的加工，通过磨削，外圆表面粗糙度Ra可以达到1.6μm，尺寸精度也容易保证。

综合对比，瓦块的偏心外圆加工工艺采用车偏心外圆＋磨削的方法。

2.3 偏心瓦块加工过程

（1）准备整圆毛坯料。一次装夹完成粗车外圆和内孔，以保证内、外圆同心度和表面粗糙度，在整圆料的轴向尺寸留13～15 mm的工艺卡头，用于车削时卡盘卡爪夹持工件。

（2）粗车外圆、内孔及两端面，保留工艺卡头。

（3）脱氢处理。由于钢的冶炼过程中不可避免地存在残余氢离子，随着时间的推移，氢离子不断分解成氢气从钢材中析出，析出氢气的一部分集结于瓦块钢体与合金的结合部位造成鼓包现象。为预防钢体中氢气的析出，保证钢体与合金的结合质量，在浇铸合金前应对钢体进行一次脱氢处理。

（4）半精车。要求合金结合面无油污、无氧化，低速车削，工件转速不大于60 r／min，进给量为0.4 mm／r，背吃刀量小于0.5 mm。所用刀具、量具、辅具必须除油，加工时不允许使用冷却液，加工后的合金结合面禁止触摸或其他沾污。

（5）浇铸轴承合金。

（6）半精车。

（7）磨两端面。

（8）超声波探伤检验合金结合面质量。

（9）钻工艺孔，用于工件在工装上的装夹。

（10）切开各瓦块。

（11）煤油渗透检验。

（12）使用工装车偏心外圆，留磨量。

（13）磨偏心外圆至工艺要求。磨削前需修研中心孔，以提高定位精度，从而提高被加工表面的位置精度。

（14）精车内孔。

（15）清洗，煤油渗透检验。

3 工装夹具结构分析

3.1 偏心外圆加工专用夹具

车、磨偏心外圆使用同一套夹具，其结构如图3所示。芯轴体设计为阶梯轴，左端留出30～40 mm用于车床夹持芯轴；中间为瓦块的定位端面和配合芯轴面，定位端面上开定位销孔，与瓦块配合的芯轴尺寸需要根据瓦块的尺寸进行计算；右端设计与压板配合的轴和螺纹，螺纹底部留出退刀槽。保留轴两端中心孔，因为车、磨瓦块外圆时均以两中心孔作定位基准［5］，以提高瓦块外圆的加工精度。

图3 车偏心外圆夹具

在加工偏心外圆之前，先在瓦块上加工2个工艺销孔，芯轴上的销孔位置根据瓦块尺寸确定。为保证销孔的位置精确，避免安装夹具时出现装配困难，瓦块上销孔在数控铣床或坐标镗床上加工，芯轴上销孔在坐标镗床上加工。瓦块使用销子定位装入芯轴，用压板和圆螺母压紧。

瓦块在各块切开后加工偏心外圆，车、磨偏心使用同一套工装，避免了二次装夹，可减少制造误差。每次装夹2个瓦块，因为加工偏心外圆时，回转中心有偏移，如果装夹4个瓦块，瓦块之间会互相干涉。

3.2 精车瓦块内孔用工装

设计的精车瓦块内孔专用工装结构如图4所示，一次装夹4个瓦块，同时车削加工，保证了瓦块内孔尺寸的一致性。该工装有严格的精度要求，用工装保证瓦块内孔和外圆的平行度，满足瓦块和轴的装配间隙要求。

图4 精车瓦块内孔工装

4 结束语

该偏心瓦块的加工方法完全满足工艺技术要求，使偏心外圆的精度提高，设计的工装夹具制造简单，使用方便。此加工方法已成功加工出上百件产品的偏心瓦块，完全满足轴承的使用要求。