[軸承加工技術] -軸承座的超精密平行度磨削加工

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這里介紹的軸承座是某產品天線座中的關鍵零件，該軸承座是一精密薄環形零件，其精度要求非常高，加工難度大，很容易出廢品，生產周期也長。該關鍵零件軸承座就成了精密生產加工的瓶頸。 摘 要：對某產品天線座中的關鍵零件——軸承座的平面精密磨削加工作一介紹。
關鍵詞：平行度；微磁吸夾具；高精度平面磨削
1前言

　
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2軸承座的加工難點
該軸承座的零件圖見圖1。該零件材料為GCr15軸承鋼，淬硬HRC≮61。另從圖中可以看出，形位公差要求很高，同軸度及全跳動均為0.015，圓柱度為0.002。精磨后零件要保證以上的形位公差，則對精磨定位裝夾用的兩端面平行度有很高的要求。所以在加工工藝設計中，工藝要求將A、B兩端面的平行度提高到0.001。在以往加工中，該零件采用高精度平面磨削，加工后的平行度只能達到0.005～0.008。后面工序必須再經過大量的平面研磨工作，才能將零件的平行度提高到0.001，通過很長的生產周期才能滿足工藝要求。
為了解決該生產瓶頸問題，需尋找一種高效高精度的加工方法。為此考慮直接用磨削加工方法來保證平行度0.001。
針對這一難題，我們對該零件的磨削加工進行了認真的分析研究。該零件為薄板形零件，在機械加工中會產生切削應力，隨著時間的變化零件形狀也在逐漸變化，如果熱處理不好（即切削應力消除不盡），磨削加工中不注意散熱條件，這種微量變化會變得很明顯。
3需要解決的問題
在平面磨削加工中，需要解決的問題是：磁場引力所產生的零件變形及磨削熱引起的零件受熱膨脹變形。平面磨床的工作臺是一個強力的電磁吸盤，通電工作時，鋼鐵零件在電磁力的作用下，會被牢牢地吸附于工作臺面上。對于經過粗磨加工并時效處理后的軸承座，其端面的平面度不可能很平。當薄環形零件軸承座的端面被吸附于電磁工作臺上時，必然產生彈性變形。當電磁力消失后，零件回復，變形也就消失。另外，在磨削時，由于砂輪高速旋轉（線速度35m/s～50m/s），砂輪與零件在接觸的瞬間所產生的熱量可達1000℃以上。所以，在零件本體上，熱量也在不均勻地變化，膨脹變形也隨之產生。


4解決方法
為了解決上述問題，工藝設計時著重考慮解決以下幾方面的問題。
1）根據材料及零件形狀的特點，粗磨工序為精磨留磨削量0.05～0.06，平行度要求達到0.01～0.02 左右。
2）選用硬度較軟、粒度中等的白剛玉砂輪GB60#ZR 1AP，進行多次平衡修正。
3）對砂輪磨削熱的處理：因為在磨削過程中，磨削所產生的熱量瞬時可達1000C以上。為了減少磨削熱的影響，把砂輪修整成臺階式，即留下砂輪的半寬或更少以減少磨削面積，從而減少磨削所產生的熱量。同時也減小由于砂輪磨削壓力所造成的加工誤差。
4）對砂輪進行微鈍化處理：砂輪剛修整后得到的微刃比較鋒利，切削性能好。隨著磨削時間的增加，微刃逐漸被磨鈍，這時微刃的等高性就進一步得到了改善，而切削性能則降低，摩擦拋光的作用也得到增強。磨削區的高溫使金屬軟化，鈍化的微刃在工件表面滑擦和擠壓，表面凸峰被擠平，從而使工件表面格外光潔。
5）冷卻液要充足干凈，無夾砂等現象。
以上方法是磨削加工該軸承座的必要條件。
5微磁吸夾具
加工該軸承座最關鍵的問題是采用恰當的裝夾方式克服零件彈性變形，從而使磨削加工達到工藝要求。
通常磨削薄環形零件時，由于零件不平，常采用墊彈性墊圈、涂白蠟、墊紙等方法來解決平面的磨平問題，而且要經過多次的翻身磨削，才能達到平行度[CM（22]0.01～0.02。但這些裝夾方法對于平行度要求0.005以內的薄形零件顯然無法達到。
針對圖1軸承座的加工難點，考慮設計了一付微磁吸夾具（見圖2）。采用上下各一塊鋼板，中間隔一層銅板， 選用銅焊連接。微磁吸夾具的原理為：銅材料不導磁。所以將夾具置于工作臺上并吸牢時，零件基本不受磁吸引力影響，或只有微磁力吸引。此微磁力在平面狀態下只有幾克至十幾克，不足以使零件產生彈性變形。夾具經過退火處理后并銑加工成形。然后將夾具吸牢于磨床工作臺面配磨，作為零件的加工基準。將零件平放置于微磁吸夾具上。采用側向壓板將零件靠牢定位，使零件不受壓力、磁吸引力，亦無側向位移，即無彈性變形，零件基本處于自由狀態。另外，在微磁吸夾具中間鏜了一個50的通孔，其作用是：（1）將兩塊鋼板與銅板中間部位焊牢，防止夾具振動。（2）冷卻液沖入孔中不流走，對零件及夾具有很好的冷卻作用。（3）磨削時，磨下的切屑及磨粒沖入孔中，沉入孔底，不會堆積在零件內圈而影響磨削表面精度。

6結束語
在上述條件下，將粗磨并熱處理時效后的零件進行認真地幾次翻身磨削加工，加工時充分冷卻。經過嚴格地檢驗，測量，磨削加工出的軸承座，零件A、B兩端面的平行度達0.0003～0.0005。用超精密平面磨削方法直接滿足了平行度0.001的工藝要求，提高工效五倍，并省去了費工費力的研磨工作量。

三爪聯軸器，水泵聯軸器膜片聯軸器結構
　　 膜片聯軸器至少由一個膜片和兩個軸套組成。膜片被用銷釘緊固在軸套上一般不會松動或引起膜片和軸套之間的反沖。有一些生產商提供兩個膜片的，也有提供三個膜片的，中間有一個或兩個剛性元件，兩邊再連在軸套上。單膜片聯軸器和雙膜片聯軸器的不同之處是處理各種偏差能力的不同，鑒于其需要膜片能復雜的彎曲，所以單膜片聯軸器不太適應偏心。而雙膜片聯軸器可以同時曲向不同的方向，以此來補償偏心。
膜片聯軸器的特點
　　 膜片聯軸器這種特性有點像波紋管聯軸器，實際上聯軸器傳遞扭矩的方式都差不多。膜片本身很薄，所以當相對位移荷載產生時它很容易彎曲，因此可以承受高達1.5度的偏差，同時在伺服系統中產生較低的軸承負荷。膜片聯軸器常用于伺服系統中，膜片具有很好的扭矩剛性，但稍遜于波紋管聯軸器。另一方面，膜片聯軸器非常精巧，如果在使用中誤用或沒有正確安裝則很容易損壞。所以保證偏差在聯軸器的正常運轉的承受范圍之內是非常必要的。選擇適合的聯軸器是用好聯軸器的關鍵一步，在設計階段就得考慮選用什么類型的聯軸器了。 　　聯軸器與齒式聯軸器相比，沒有相對滑動，不需要潤滑、密封，無噪聲，基本不用維修，制造方便，可部分代替齒式聯軸器。膜片聯軸器在國際上工業發達國家應用已很普通，在我國已制訂機械行業標準，最近已修訂為新的行業標準：JB/T 9147-1999（代替ZB/T J19022-90） 聯軸器各轉矩間的關系。
膜片聯軸器的正確選擇
　　 膜片聯軸器的正確選擇： 　　1、 膜片聯軸器至少由一個膜片和兩個軸套組成。膜片被用銷釘緊固在軸套上一般不會松動或引起膜片和軸套之間的反沖。有一些生產 商提供兩個膜片的，也有提供三個膜片的，中間有一個或兩個剛性元件，兩邊再連在軸套上。 　　2、 膜片聯軸器這種特性有點像波紋管聯軸器，實際上聯軸器傳遞扭矩的方式都差不多。膜片本身很薄，所以當相對位移荷載產生時它 很容易彎曲，因此可以承受高達1.5度的偏差，同時在伺服系統中產生較低的軸承負荷。 　　3、 膜片聯軸器常用于伺服系統中，膜片具有很好的扭矩剛性，但稍遜于波紋管聯軸器。 　　4、 另一方面，膜片聯軸器非常精巧，如果在使用中誤用或沒有正確安裝則很容易損壞。所以保證偏差在聯軸器的正常運轉的承受范圍之 內是非常必要的。 　　5、根據軸徑調整型號： 　　初步選定的軸承聯軸器聯接尺寸，即軸孔直徑d和軸孔長度L，應符合主、從動端軸徑的要求，否則還要根據軸徑d調整聯軸器的規格。 　　主、從動端軸徑不相同是普通現象，當轉矩、轉速相同，主、從動端軸徑不相同時，應按大軸徑選擇聯軸器型號。新設計的傳動系統中， 應選擇符合GBT3852中規定的七種軸孔型式，推薦采用J1型軸孔型式，以提高通用性和互換性，軸孔長度按i軸承聯軸器產品標準的規定。
膜片聯軸器的應用
　　 廣泛用于各種機械裝置的軸系傳動，如水泵（尤其是大功率、化工泵）、風機、壓縮機、液壓機械、石油機械、印刷機械、紡織機械、化工機械、礦山機械、冶金機械、航空（直升飛機）、艦艇高速動力傳動系統、汽輪機、活塞式動力機械傳動系統、履帶式車輛，以及發電機組高速、大功率機械傳動系統，經動平衡后應用于高速傳動軸系已比較普遍。