异形圆柱滚子轴承内圈磨加工工艺优化

关云朋，唐双晶，王涌滨

(中航工业哈尔滨轴承有限公司，哈尔滨 150027)

1 套圈的主要特点及加工难点

某轻系列异形圆柱滚子轴承内圈材料为耐热钢M50，公差等级为P4，套圈结构如图1所示。

图1 轴承内圈结构示意图

1.1 结构特点

该异形内圈的挡边工作面有微斜角；内、外圆表面有多个孔、槽；外圆的一侧有周向槽，一侧端面上对称分布有2个半圆弧状槽；内孔表面带有轴向与周向十字交叉油槽；挡边外圆上的两侧孔、滚道越程槽上的孔与内圆表面油槽连通。

1.2 加工难点

1.2.1 磨削性能差

M50钢磨削时，磨削力大，磨削温度高，砂轮黏附严重，堵塞砂轮表面，易产生磨削烧伤。若采用较粗的砂轮表面进行磨削，砂轮不宜堵塞，但磨削表面质量差，精研量增大，会破坏滚道表面形状及精度。

1.2.2 挡边工作面加工难度大

挡边工作面改为根厚顶薄的斜面，便于形成润滑油膜，减少挡边磨损，提高轴承的轴向承载能力和使用寿命。但斜挡边增加了磨加工工艺难度，且对挡边表面粗糙度要求较高，对挡边与滚子端面的间隙要求较为严格，加工困难。

2 初拟的磨加工工艺路线

针对壁厚薄、宽度窄、带沟和槽的套圈在加工过程易变形的特点，确定采用粗终2次循环。并在粗磨循环结束和终磨循环前进行一次去应力回火；在终磨循环结束和精研前再进行一次去应力回火，进一步减少变形，提高尺寸稳定性。

初拟磨加工工艺流程为：粗磨两端面→粗磨挡边外圆→粗磨内孔→粗磨挡边工作面→粗磨滚道→去应力回火→去倒角、清油沟、清油孔、清油槽→终磨两端面→细磨挡边外圆→终磨挡边外圆→终磨内孔→细磨滚道→终磨滚道→去应力回火→终磨挡边工作面→抛光挡边工作面及去锐角→探伤→光饰→粗研滚道→精研滚道→修磨挡边外圆→打标→退磁、清洗、提交。

3 加工中出现的问题及解决措施

3.1 滚道磨削表面质量

用MA120砂轮磨削滚道，精磨时砂轮自锐性差，砂轮易堵塞，磨削表面存在较深的颗粒砂轮花，精研滚道不易研掉砂轮花。改进选用进口某品牌89A220KV砂轮进行磨削后，表面磨削纹路细腻，表面粗糙度Ra值可达0.13 μm。

3.2 滚道挡边间隙

挡边宽度窄(仅2.5 mm)，现有精研设备无法实现工作面精研。磨加工挡边工作面粗糙度Ra值最好仅能达到0.2 μm，若采用手工油膏布抛光方法，表面粗糙度Ra值可以达到0.16 μm，满足加工要求；但由于挡边结构为根厚顶薄，实际影响挡边与滚子端面间隙的是挡边根部，抛光方法虽然可提高挡边表面粗糙度，而手工加工的精研量不易控制，容易造成滚道宽度超差而报废。因此，通过逐次提高挡边工作面质量的磨削方法，达到设计要求，避免因抛光量控制不准确引起的挡边宽度变化。挡边工作面磨削如图2所示，磨削工艺流程如下。

图2 挡边工作面磨削示意图

1)粗、终磨挡边工作面。用CBN80/100B100碟形砂轮粗磨，磨削效率高，可去除车加工及热处理的表面缺陷；用CBN320B100碟形砂轮终磨提高表面精度，表面粗糙度Ra值可达到0.25 μm。

2)光磨挡边工作面。选用PA320H8V50铬钢玉砂轮，采用小进给量、多次磨削的方法光磨挡边，每次进给量小于或等于0.003 mm，磨削后挡边表面粗糙度Ra值可达到0.16 μm。

3)抛光挡边。使用抛光机手工抛光挡边，工件安装在旋转轴上，用抛光棒缠上WA600#油膏布进行抛光。该工序仅改善挡边表面纹路，去除毛刺，抛光量仅1～2 μm，对滚道宽度的影响微小，完全可保证挡边工作面与滚子端面的间隙要求。

3.3 挡边工作面检测方法

挡边表面质量、宽度及挡边工作面与滚子端面的间隙等检测项目十分关键，是保证加工质量的重要手段。

3.3.1 挡边角度及表面粗糙度检测

使用PGI830轮廓仪检测挡边角度和工作面表面粗糙度。挡边径向有效工作面小，轮廓仪很难实现挡边斜度的检测，目前是通过先试磨套圈端面，用PGI830检测端面角度来代替挡边斜度的检测；检测首、中、尾件和抽查；工序过程中将挡边斜度换算成挡边根部厚度与顶部厚度的差值，用G904仪进行全检。使用PGI830检测挡边表面粗糙度，进行首件和抽查，工序过程中用粗糙度样块进行比对全检。

3.3.2 挡边工作面与滚子端面间隙检测

通过检查轴承轴向游隙的方法检查挡边工作面与滚子端面的轴向间隙。内圈挡边加工时，一般是用滚道宽度塞规的大、小范控制挡边宽度公差，但为保证装配合套率，同时用标准滚子与最大或最小挡边间隙相当的塞尺配合检测。先将滚子贴紧滚道放入，再将塞尺插入挡边与滚子端面之间；通常在圆周均布6个点进行测量，最小挡边间隙塞尺能通过，最大挡边间隙塞尺不能通过，为合格零件。

磨削挡边时，既要控制挡边宽度，也要控制滚子与挡边的配合间隙，采用这种加工方法，可保证轴承合套后挡边工作面与滚子端面的轴向间隙满足要求。

4 优化后的磨加工工艺路线

经优化的磨加工工艺流程为：粗磨端面→退磁→粗磨挡边外圆→粗磨内孔→粗磨挡边工作面→粗磨滚道→去应力回火→去倒角、清油沟、清油孔、清油槽→终磨平面→细磨挡边外圆→终磨挡边外圆→细磨内孔→终磨挡边工作面→细磨滚道→终磨滚道→去应力回火→光磨挡边工作面→抛光挡边工作面及去锐角→终磨内孔→探伤→光饰→粗研滚道→精研滚道→修磨挡边外圆→激光打字→退磁、清洗、提交。

通过优选砂轮、优化加工工艺流程，将原加工流程中粗磨挡边工作面、终磨挡边工作面、抛光挡边工作面，改为粗磨挡边工作面、终磨挡边工作面、光磨挡边工作面、抛光挡边工作面，解决了抛光挡边工作面对挡边间隙的影响。依优化后的加工方法进行磨削加工，内圈的各个尺寸精度及形位公差均满足了用户要求。