带窄小越程槽的薄壁圆柱滚子轴承内圈加工工艺改进

薛雪，孙慧广，温丽超，孙俭峰

(1.中国航发哈尔滨轴承有限公司，哈尔滨 150025；2.空军装备部驻哈尔滨第一军事代表室，哈尔滨 150025)

圆柱滚子轴承的滚子与滚道之间为线接触，承载能力较高，广泛应用于机床、汽车等领域，套圈越程槽尺寸对该类轴承性能有重要影响，对于难加工的窄小越程槽，越程槽尺寸超差会使轴承挡边间隙减小，滚子偏摆并与挡边异常碰撞，进而产生浅层剥落[1]。该类轴承滚道和滚子的加工技术已十分成熟，但对带挡边套圈越程槽的加工方法还有待改进。

1 常规加工方法及存在的问题

以某中央锥齿轮传动薄壁圆柱滚子轴承内圈为研究对象，该类轴承属于薄壁超轻系列，壁厚为2.25 mm，径厚比为0.045，材料为8Cr4Mo4V高温轴承钢。为减小材料去除量，提高滚道的抗变形能力，越程槽设计为窄小结构，如图1所示，轴向宽度为0.4 mm，轴向深度为0.1 mm，径向宽度为0.3 mm，径向深度为0.2 mm。

常规内圈加工工艺流程为：细车非基面、内径面，非基面倒角→细车基面、内外径面，基面倒角→车滚道面、挡边面→去挡边锐角→车越程槽→热处理→粗磨循环→细、终磨循环→精研滚道→清洗。越程槽采用切槽刀(图2)加工，刀尖圆弧半径为0.2 mm，进刀角度为45°。

采用上述工艺加工的越程槽合格率仅为40%，分析认为其主要影响因素为：

1)车加工的挡边厚度散差、滚道散差、端面散差及装夹变形均会影响越程槽尺寸；

2)热处理变形(主要为椭圆和弯曲)会导致越程槽轴向宽度尺寸在圆周方向的散差达到0.1 mm，后续磨削滚道和挡边时会造成越程槽尺寸超差。

此外，考虑尺寸散差、热处理变形对越程槽尺寸的影响时，通过理论计算发现车加工的越程槽轴向宽度接近0。精研滚道时由于越程槽过窄，油石振幅小，滚道与越程槽的交点处会产生翘曲，滚道素线呈W形(图3)，滚道素线直线度超差[2-3]。

2 加工工艺改进

2.1 工艺优化

工艺改进如下：

1)在车加工成形后增加软磨端面工序，软磨端面尺寸公差控制在±0.01 mm以内，平行差不大于0.02 mm；

2)车挡边工序由控制基面挡边厚度和挡边间距改为控制两侧挡边厚度，保证两侧越程槽轴向深度和轴向宽度一致；

3)为控制热处理和磨加工对越程槽尺寸的影响，在精研滚道前增加硬车越程槽工序。

新工艺流程为：细车非基面、内径面，非基面倒角→细车基面、内外径面，基面倒角→软磨端面→细车滚道面、挡边面→去挡边锐角→车越程槽→热处理→粗磨循环→细、终磨循环→硬车越程槽→精研滚道→清洗[4]。

2.2 硬车越程槽工艺

2.2.1 刀具

刀具由镶片式PCBN改进而成，型号为WCB30 CCMW060204，刀杆为标准25 mm×25 mm外圆刀杆。经计算，刀具夹角为27°，主偏角为46°时，既能增加越程槽的轴向宽度和径向宽度，又能解决滚道素线直线度超差的问题，加工效果最佳。

2.2.2 硬车削参数

硬车是通过使剪切部分的材料退火变软而形成切屑，若浇注冷却液，会减小由切削力而产生的切削效果，故一般采用干车削。工件硬度越高，切削速度越小，推荐切削速度为10～150 m/min；进给量由表面粗糙度要求和生产效率确定，取0.02～0.2 mm/r。在保证越程槽尺寸精度和表面质量的前提下，通过试验确定切削参数为：切削速度50 m/min，进给量0.02 mm/r。

2.2.3 夹具

硬车越程槽时一般采用三爪卡盘夹紧套圈内径面，由于零件内径面已为成品尺寸，后续不再加工，为增大夹紧面积，确保内径面不会因三爪卡盘的夹紧而变形，薄壁零件一般选用扇形卡爪，但卡爪并不会和零件完全“合圆”，部分夹紧面为点接触，内径面圆度易超差[5]。为使卡爪外径面和套圈内径面更好配合，增大夹紧面积，使夹紧力均匀分布在工作面上，增大了1/3的扇形面，并在扇形面中心铣宽9 mm的U形槽，将三面接触改为六面接触(图4)。

3 实际加工效果

采用CY-K32数控车床，夹紧力为0.2 MPa，采用新的工艺后，越程槽尺寸合格率由40%提高至100%，滚道素线直线度由1.3～2.7 μm降至0.8～1.4 μm，效果良好。