轴承滚压加工在零件车削精加工中应用研究

孙 静

(吉林工业职业技术学院 吉林吉林 132013)

一、研究的意义

随着机械制造行业的发展，零件的加工效率和加工精度是企业追求的生产目标之一。然而，在金属材料切削加工过程中，人们已经通过合理编排加工工艺，添加半精加工和精加工工序来实现提高零件尺寸精度和表面粗糙度，很多企业在批量生产中广泛采用磨削加工来提高零件的表面粗糙度。然而在一些规模不大的加工单位，小批量生产或者生产批量不大时如果只为了提高零件的精度，只采用车削精加工很难达到要求的尺寸精度和表面粗糙度。如果采购磨床又额外增加了加工成本，本次研究内容拟针对我校学生普通车削实习时零件表面精度不达标这一情况进行研究。在研究中发现，很多高精密零件在加工过程中都采用了滚压等光整加工方法，所以，本文在对国内外滚压加工现状和方法机理研究的基础上，引入轴承滚压加工方法，旨在解决小批或中批量生产中减少工艺步骤，降低生产成本并能提高零件的精加工表面质量的方法[1]。

二、国内外研究状况

在对国内外滚压加工研究的资料和调查中发现，我国现在也有很多滚压加工技术，如磁力滚压技术是依据磁力驱动原理完成对非导磁管类工件内表面滚压加工的一种新型加工工艺。激光辅助滚压技术始于20世纪70年代，通过脉冲激光和传统表面滚压相结合，利用强脉冲激光产生冲击波来对材料进行强化，使材料表面产生高密度的位错，在材料表层产生残余压应力，从而提高材料表面的机械性能的一种加工工艺方法，国外的研究现状基本和我国程度相似。这些加工工艺方法都是在批量生产中引进专用设备进行滚压加工。

三、研究条件

根据我院实训条件和所用设备，使用车床加工碳素钢零件时，出现加工表面质量不高的问题，我们进行了研究，并考虑在零件批量生产中，不使用磨削设备，直接在车床上完成零件的精加工并能达到较高的加工精度。所以，我们设计采用轴承滚压加工方式来提高零件的表面质量和加工效率。研究团队成员查阅了国内滚压加工的资料和技术视频，并根据轴承材料和功能的特点，自制刀杆，并将轴承安装在刀杆上作为切削刀具实现滚压加工。如果要提高车削零件的表面质量和尺寸精度，还需要考虑加工不同类型，不同批量的零件，大家查阅了大量的切削参数的文章和实践数据，旨在采用轴承滚压加工，加工轴类零件的精加工工艺并降低生产成本，并能达到比车削精加工更高的质量标准[2]。

四、主要研究目标

本文对轴类零件车削中不采用磨床，直接在车床上加工零件能达到更好精度的方法进行研究。

车削加工是轴类零件的主要加工方法，能车削各种钢材、铸件等金属，可车削玻璃钢、尼龙、胶木等非金属，又能对不易进行磨削的有色金属工件进行精加工。车削加工属于等截面连续切削，切削过程中力很小，切削过程平稳，可进行高速切削和强力切削，生产率高。车削加工的精度等级能达到IT12-IT7之间，表面粗糙度Ra为12.5-0.8μm，适用于工件的粗加工、半精加工和精加工[3]。

在加工小批量零件或中批量零件时，表面粗糙度0.8以上的零件在车削加工中就很难获得，有条件的企业只能改变加工工艺，采用磨削加工。磨削加工是一种精密的切削方法，能获得高精度和低粗糙度的表面，也能切削硬度较高的或某些难切削材料。磨削精度的公差等级可以达到IT7-IT5，表面粗糙度Ra值为0.8-0.2μm。

针对我院的实训条件和实训内容，轴类零件加工过程中精加工是车削的最后一道工序，零件加工后的表面粗糙度等级很难达到1.6μm以下。而对于机床转轴这样重要的传动零件这个精度不能满足使用要求，所以研究团队成员针对当今机械行业的应用现状，提出将滚动轴承作为滚压工具应用在车削轴类重要零件的精加工中。滚动轴承工作时，内、外圈与滚动体的高速相对运动使其接触面受到强烈的摩擦，所以所用的材料具有高耐磨性，工作时载荷集中作用于局部区域，使接触处容易出现凹坑，所以材料要具有一定的硬度和接触疲劳强度。轴承所用的材料都是专用轴承钢制造，含碳量为0.95%-1.10%，为了提高耐磨性也加入了一些合金元素。本次研究拟选用轴承作为滚压加工工具也是考虑到在零件精车时利用轴承和工件之间的一次挤压加工达到零件的尺寸精度和表面质量要求，切削过程平稳，加工成本低，不用增加磨削工艺即可达到要求。同时，在加工时可能会出现表面硬化现象，加工后的轴类零件的表面硬度会高于车削和磨削加工，而且不易生锈[4]。

五、研究内容

在研究过程中，首先设计滚动轴承作为加工工具的碳素钢刀具，根据学生的实习内容设计刀杆尺寸，加工的零件类型主要是长轴、短轴、圆锥面等特征，使所设计的刀具能应用在这些实训项目中。这样也可以减少加工成本，实现一刀多用[5]。

根据零件的特征留出足够的精加工余量，在一次走刀中能将余量切除并达到尺寸公差要求。

调整加工过程中的加工参数，包括切削速度和进给量，使得切削过程平稳。

观察加工过程中的现象，通过轴承滚压加工能否改善轴类零件的表面组织，达到工件加工硬化的目的。

六、结束语

通过轴承滚压加工在零件精加工车削中的应用技术能在保证降低加工成本、减少工序的前提下提高零件表面精度。在研究过程中需要制作滚压刀具，调整切削参数，合理使用切削液，以达到零件精加工的质量标准。