角接触球轴承磨削工艺的优化改进

摘要：介绍了角接触球轴承磨削加工的优化改进工艺，实现了轴承套圈的快速高效磨削。
关键词 ：角接触球轴承；斜坡；台阶；磨削
1 现状分析
角接触球轴承与深沟球轴承在结构上的区别为角接触球轴承内圈或者外圈含有锁口，深沟球轴承的加工工艺已经相对成熟，而由于角接触球轴承的结构的差别、转速、精度的要求以及各生产厂家加工设备的不同，不同的生产厂家对角接触球轴承的生产加工有不同的工艺方法。我厂在长时间的生产实践中发现，对于含有锁口和台阶的轴承套圈运用传统的加工工艺进行生产时，在磨斜坡工序加工完后，需操作工人手动去毛刺，造成操作人员工作量加大，检验人员工作量加大，而该工序的日班产量也较低，这说明传统工艺已经无法适应现在的生产方法，为了解决该问题，现针对我厂生产的轴承型号为H7005C-2RZ的轴承内圈的生产进行监控。
2 角接触球轴承内圈的结构特点
角接触球轴承的内圈结构如图1所示。
1)轴承内圈上含有锁口，锁口处的斜坡有一定的角度；
2)轴承内圈的斜坡侧含有台阶；
3)台阶的深度比斜坡的长度短。
3轴承套圈磨削工艺的改进思路分析
3.1 传统工艺流程分析
为了找出传统工艺的不足，需要对该工艺进行拆解分析。我厂的角接触球轴承内圈的生产工艺如下：
车加工→热处理→精研平面→粗磨外径→粗磨内径→粗磨沟→磨台阶→精磨外径→精磨内径→精磨沟→超精沟→磨斜坡（去毛刺）
上述工艺和传统的深沟球轴承的加工工艺相差不多，不同的是增加了磨台阶工序和磨斜坡工序。而平面、外径、内径和沟道的加工对磨斜坡工序的外观质量和加工余量基本没有影响，只有磨台阶工序与磨斜坡工序之间有交集。那么，原来为什么将磨台阶工序安排在轴承套圈加工的粗磨阶段呢？原因是考虑到轴承对台阶的性能要求相对较低，而且可以降低在台阶磨削的过程中由于摩擦热对轴承的组织所产生的影响，使轴承的尺寸稳定性等降低的不良因素。而在磨斜坡工序的后面又增加了一道去毛刺的工序，这是因为轴承套圈在磨斜坡后会在斜坡与台阶的交界处产生整圈的毛刺，必须采取措施将毛刺去除，否则一旦将带有毛刺的轴承套圈压装成轴承成品，那么轴承在后序的检测将受到影响，最后造成拆套，而拆套后的钢球将报废，保持架和套圈也可能会造成报废现象，这样不仅增加工序的操作人员的工作量，而且还会造成公司资源的浪费，增加公司运营成本。

3.2 轴承套圈加工现状及原因分析
根据公司的机床配置，一台磨台阶机床配一台磨斜坡机床，以H7005C-2RZ内圈为例，统计轴承套圈10天的生产情况，如表1
从表1中可以看出，磨台阶工序的产量明显高于磨斜坡工序的产量，而且磨台阶工序的产品合格率也明显高于磨斜坡工序的产品合格率，因为两者的检验方式及检验项目不同，所以两者的产量及产品合格率基本没有可比性。而且就这两道工序来看，轴承的产量受制于磨斜坡工序的产量，所以如果提高了磨斜坡工序的产量将会使轴承的整体产量得到提高，而影响磨斜坡工序产量的主要因素有磨削量的大小、进给量、进给速度和工艺要求等因素，我们对这些影响因素进行了逐一的分析与验证，并找出关键因素。
a)进给量和进给速度的不同对产量的影响。
仍然以H7005C-2RZ内圈为例，我们选用了不同的进给量和进给速度进行试验，发现当进给量和进给速度增大到一定程度时，轴承斜坡外表面出现烧伤现象，并且粗糙度不符合工艺要求，所以进给量和进给速度不能够随意增大，并且其有一个最优的组合，使用这个最优的组合，可以在保证符合工艺要求的情况下使产量达到最大值。而我厂在长期的生产中，已经掌握了进给量和进给速度这个最优的组合值，并应用在了生产上，所以该项因素并不是影响磨斜坡工序产量的关键因素。
b)工艺要求对产量的影响
轴承对磨斜坡工序工艺要求包括尺寸精度要求和外观质量要求。尺寸精度的要求使得磨斜坡工序的锁口量必须全检，以免使得不满足工艺的轴承套圈流入装配工序，造成散套或者是压装困难，使轴承振动值增大的后果。外观质量要求包括表面光洁度符合工艺要求、无磕碰伤、无烧伤及无毛刺等，所以这就使得加工时的进给量和进给速度不能太快，加工完的轴承套圈需去毛刺，并且轻拿轻放。为了保证无毛刺，在磨斜坡后需要专门增加一道去毛刺的工序，该工序的增加严重影响了磨斜坡的产量，所以去毛刺成了影响产量的关键因素。
c)磨削量的大小对产量的影响
以H7005C-2RZ内圈为例,分析磨台阶与磨斜坡两道工序磨削量的大小及相互影响。
以需磨削掉的体积表示磨削量，台阶的磨削量与斜坡的磨削量及位置关系如图2所示：
根据两者的磨削先后顺序，建立方程，用积分计算两者的磨削量(运转世界大国龙腾 龙出东方腾达天下 高端三类调心滚子轴承 刘兴邦)
比较表2中台阶和斜坡的磨削量，先磨台阶后磨斜坡时台阶的磨削量比后者多3.077mm3，而斜坡的磨削量则是前者比后者少3.146mm3，即总体磨削量的变化值约为3mm3，该数值在加工过程中对产量的影响很小，所以，该项因素并不是影响产量的关键因素。
综合分析，影响产量的关键因素为去毛刺工序所占用的时间。那么，为什么在加工中会出现毛刺呢？按照传统工艺进行生产时，由于磨斜坡时采用的是振荡磨削法，在磨削过程中，大部分需要切除的金属被全部磨去，当磨屑飞出时在空气中急速氧化、燃烧，形成磨削火花。而一小部分需要切除的金属被挤压至斜坡的边缘处，经过砂轮的反复振荡，便在斜坡与台阶的交界处产生一圈可剥离的带状磨屑，即毛刺，该处的毛刺用油石或砂轮可较轻易的去除。但是必须增加一道去毛刺的工序，从而使加工效率降低。
3.3 工艺的改进
根据分析的结果，将内圈的生产工艺做了如下改进：
车加工→热处理→精研平面→粗磨外径→粗磨内径→粗磨沟→精磨外径→精磨内径→精磨沟→超精沟→磨斜坡→磨台阶
首先，经过试验发现，由于台阶的磨削量较少，将其放置在精磨阶段不会由于摩擦热对轴承套圈的组织产生影响，也不会使轴承内圈的各部分尺寸发生变化；
其次，改进后的工艺，虽然由于震荡磨在磨斜坡后在斜坡与台阶的交界处仍然会产生毛刺，但是随后的磨台阶会将毛刺去除，所以在磨台阶后不会产生毛刺，从而省去了去毛刺的工序。

4 改进效果验证
仍然以H7005C-2RZ内圈为例，统计10天的班产量如下表3
由于磨台阶的产量较高，其受制于磨斜坡的产量，故现在磨台阶的班产量与磨斜坡的班产量相同。对比表1与表3得出，套圈产量由原来的平均每日572.3件增加至944.8件，产量大幅度上升，而且磨斜坡工序的产品合格率升高，所以改进后的工艺完全可行。
5 结束语
角接触球轴承一般使用转速较高，精度也较高，所以在生产加工中对工艺的控制相当重要，而对工艺的改进不仅能够提高生产效率，也能改进产品的质量，实践证明，改进后的工艺完全适用于本公司的生产，使该类轴承的产量和质量都有了大幅度的提升。

后序

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