棒料套切加工技术分析

薛雪，刘强

(中国航发哈尔滨轴承有限公司，哈尔滨 150000)

轴承套圈毛坯有锻件、冷挤件、管料和棒料等，毛坯留量大小决定套圈材料的利用率，对生产成本产生影响。对管料、棒料多直接进行车削，去除多余金属量，其加工自动化、连续性好，适用于大批量生产。但采用实心棒料加工的材料利用率低，一般在36%以下，钻孔消耗材料极为严重。

1 现状分析

某航空轴承零件的质量控制要求高，由于管料毛坯的裂纹和夹杂较多，质量控制风险大，因此采用棒料作为毛坯用料。采用数控棒料机进行投料加工，加工方法为集中工序车削法，但是在加工内孔表面时，钻孔产生了大量铁屑，材料利用率非常低，影响生产成本，拟采取措施予以解决。

2 套切加工方案分析

套切加工具有一定的先进性，对不同规格、数量零件的合理套切可以有效地减少废料，提高材料的利用率，并且能大大提高加工效率。

拟采用的套切加工是指将实心棒料通过端面切槽刀分离，再分别进行加工。套切的关键是端面切槽刀，其同时完成了外圈内径面和内圈外径面的加工，因此对机床的静、动态性能以及刀具的要求较高。若端面切槽刀的强度不够，在分离两套圈时会因为振动或切屑的影响而打刀(断)；此外,合理的选用切削参数也十分重要。

2.1 套切工艺过程

套切采用设备为数控棒料机HTC3230，机床采用卧式整体铸铁床身，床身导轨采用镶钢淬硬精密磨削导轨，机床刚性较好。套切加工如图1所示，工艺过程为：车端面、外圈外径面→钻内孔→镗内孔→切端面槽→切断(分离两套圈)→分别加工两套圈。

图1 套切加工工艺过程简图

2.2 端面切槽刀的优选

为确保端面切槽刀具的加工性能，其选择依据如下：

1)依据切削宽度和待加工工件几何形状，尽量选择宽的刀片和刀体。

2)根据工件需加工的最大深度，确定刀具的最大切削深度，使刀具的悬伸尽量小。加工不同型号套圈时，可通过更换不同刀夹实现加工。

3)根据工件首切直径范围，尽量选择靠近其大直径范围的刀具。

2.2.1 刀杆与刀夹的配合

如图2所示,端面切槽刀刀夹采用两螺钉与刀杆配合，同时刀夹的导引槽与刀杆的键槽配合，使刀杆与刀夹配合后，夹持更稳固、可靠，精度更高。

图2 端面切槽刀结构示意图

2.2.2 刀片的选择

端面切槽属于探入式切削，排屑困难，因此刀片的选择十分关键。经过研究，选择前刀面呈凹形曲线的刀片，使加工铁屑被凹形槽兜住，并沿前刀面流向已加工表面。

2.2.3 刀片与刀夹的优选

根据刀具的选择原则和梳理的部分套圈车加工尺寸(表1)，组配出4种刀片，具体规格见表2。

表1 套圈尺寸表

表2 可换式刀夹规格表

2.3 加工难点及解决措施

1)为避免刀具受中心高的影响产生振动，切端面槽前需检查刀具切削刃与工件中心线是否平齐，方法为：工件端面车削至工件中心后，检查端面残留毛刺大小，以确定两者是否对齐。

2)端面切槽刀的推荐切削参数为：切削速度v=90～110 m/min，进给量f=0.05～0.1 mm/r。通过对GCr15，8Cr4Mo4V，9Cr18这3种材料进行试验，在保证套圈表面质量和精度要求下，最终确定的切削参数为：v=95 m/min，f=0.08 mm/r。

3 套切加工成本分析

3.1 材料利用率

以圆柱滚子轴承RNU204为例，外圈棒料尺寸为φ48 mm，内圈棒料尺寸为φ30 mm。用端面切槽刀进行套切加工可节省一个内圈，以轴承钢棒料为例，棒料价格为1.3万元/吨，单个内圈原材料成本为1.37元，以每年φ48 mm棒料投料数量为30万件计，年节省原材料成本可达41.1万元。其他不同材料棒料节约成本见表3，材料利用率由原来的36%提高至62.5%。其余尺寸的棒料可根据分离套圈的间隙来更换刀夹，从而实现所有棒料的套切加工。

表3 不同材料套切加工节约成本

3.2 生产效率

仍以圆柱滚子轴承RNU204为例，轴承材料为GCr15，棒料尺寸为φ48 mm，一般情况下，外圈每件加工需用时3 min，内圈每件加工需用时2.5 min，每批量加工需换活时间和辅助时间约4 h。而套切加工外圈、内圈同时完成，共需4 min，并节省一次换活时间；节省了内、外圈一侧倒角的时间约3.88h。单件约省时间0.033h，以全年30万

套计，可节省时间约9 900 h，约合1 237.5个工作日。工艺改进前、后的加工效率对比如图4所示。

图4 2种方法加工效率的对比

3.3 刀具成本分析

与改进前加工方法相比，套切加工节省了外圈内径加工的钻头和镗孔刀，以及内圈外径加工用外径刀。使用端面切槽刀加工外圈内径面、内圈外径面、分离两套圈及倒角，刀具成本与改进前基本持平。

4 结束语

使用棒料进行套切加工，已经在6204，NJ204，RNU204等几个型号轴承上应用，均达到了预期效果，套圈加工尺寸、表面质量、精度均达到工艺要求。

对不同规格、数量零件的合理套切可以有效减少废料，提高材料利用率，既节省材料成本又可提高加工效率，同时能降低机床耗电量和设备损耗，具有很好的推广应用价值。