鐵路貨車圓錐滾子軸承內圈及油溝車加工工藝優(yōu)化

摘要：針對鐵路貨車圓錐滾子軸承原加工工藝存在內圈單一平面內徑變動量、內圈平均內徑變動量、滾道單一平面直徑變動量超差以及油溝形狀不合格的問題，分析其主要原因為套圈材料易變形，刀具及其安裝不合格。通過選用數(shù)控設備，優(yōu)化內圈油溝加工工藝，使用非標及標準刀具加工等措施進行改進：內圈單一平面內徑變動量由0.11mm降低至0.07mm，內圈平均內徑變動量由0.09mm降低至0.05mm，滾道單一平面直徑變動量由0.11mm降低至0.06mm，內圈加工精度滿足要求，油溝合格率明顯提升，且工藝流程縮短。關鍵詞：滾動軸承;鐵路貨車軸承;圓錐滾子軸承;內圈;車削;形狀公差鐵路貨車軸承大量采用無軸箱方式安裝,直接暴露在自然環(huán)境中,運行環(huán)境惡劣。為保證鐵路貨車軸承正常運轉,滿足8年或80萬公里(以先到者為準)的使用要求[1-2],對軸承材料、加工、熱處理、裝配使用各環(huán)節(jié)提出了苛刻要求。雖然目前鐵路貨車圓錐滾子軸承內圈制造工藝已十分成熟,但隨著技術的進步,加工方法及流程均可進一步優(yōu)化,因此,主要針對內圈車削加工工藝及油溝形狀改善進行優(yōu)化和分析。1常規(guī)加工方式及存在的問題以352226X-2RZ鐵路貨車內圈為研究對象,材料為G20CrNi2MoA滲碳鋼,為提高軸承壽命,油溝設計為窄、小結構,且要求底部圓滑過渡,如圖1所示。該類軸承內圈加工通常采用液壓SY125,C7620,SY144半自動多刀車床等,油溝加工選用焊接刀具(基體為普通材料,工作部分材料為YT15),先按照標準制作油溝樣板,再按照樣板進行油溝磨削加工。內圈加工工藝流程為：粗車內徑面、大端面及倒角→粗車大小外徑面、擋邊、小端面及倒角→精車內徑面、大端面及倒角→標識→粗車滾道及擋邊→精車滾道、擋邊、大小外徑面、小端面及倒角→車大小油溝→倒大端面內、外角。該加工工藝主要存在以下問題：

圖1油溝結構示意圖Fig.1Structurediagramofoilgroove1)內圈單一平面內徑變動量、內圈平均內徑變動量以及滾道單一平面直徑變動量大于0.10mm的(工藝要求不大于0.09mm)比例約為75%。2)部分油溝形狀、曲率不符合圖紙要求,如圖2所示;同時,油溝中還會出現(xiàn)積屑瘤,不合格率約為3%。為保證產品質量,需進行返工處理,費時費力。(a)大端切片投影圖(b)小端油溝輪廓檢測圖圖2改進工藝前加工的油溝Fig.2Oilgroovesprocessedbeforeimprovementofprocess2原因分析1)因前期高可靠性、高精度、高效率、高綜合切削性能設備少或沒有,對員工技能要求高,因此只能將復雜工序拆分成多工步,使每工步加工簡單。多次裝夾,車削量不穩(wěn)定等因素導致內圈加工精度低。2)內圈材料為G20CrNi2MoA滲碳鋼,材料塑性高、硬度低,在車削過程中金屬變形大,易產生積屑瘤。3)人工磨削刀具后,使用磨刀樣板與其進行對比檢查,發(fā)現(xiàn)存在圓弧、斷削槽大小不一致,角度不合格的情況。檢查完成后進行安裝,以加工好的產品為樣件進行校對,再通過螺釘鎖緊刀桿,刀具在該過程中易出現(xiàn)移動,從而使加工的油溝位置不合格,導致大擋邊與滾子接觸面長短不一,滾道面有“筋”,進而影響產品后序加工或壽命。3改進措施為提高內圈及油溝加工精度,選用某廠高可靠性、高精度、高效率、高綜合切削性能的CK7150A數(shù)控設備進行加工[3],加工示意圖如圖3所示,改進后的工藝流程為：粗車外徑面、大小擋邊面、小端面及倒角→粗車、精車內徑面、大端面及倒外角→精車滾道、小端面、大小擋邊面、大小油溝及倒角→標識。圖3油溝加工示意圖Fig.3Processingdiagramofoilgroove大端油溝刀具設計為夾角30°,尖角曲率半徑為0.9mm的專用刀,如圖4所示;小端油溝選擇DNMG150412標準刀,通過走行程的方式完成加工。選擇適合高速、高溫、切削性能好的鎢鈷鈦類(YT)硬質合金作為基體,使用化學氣相沉積(CVD)的涂層方式在其表面涂TiN+Al2O3難熔化合物,以增加刀具的加工精度及耐磨性。采用可轉位機夾式,不可刃磨。為減小切屑變形以及切屑與前刀面的摩擦,增加刀具的鋒利程度,結合工件材料,選擇10°的正前角;為減小刀具與工件的摩擦,使其易于排屑,選取0°的后角[4-5]。圖4大端油溝加工專用刀結構Fig.4Specialtoolstructureforlargeendoilgrooveprocessing選擇實心鋼制刀桿,安裝、調試后不再拆卸,每次只需更換刀具即可;為避免車削過程中出現(xiàn)振動,采用25mm×25mm的刀桿;根據(jù)密封槽相對端面的位置及刀桿夾緊位置,選擇長度150mm的刀桿;采用銷釘+壓板的方式;刀具下設有刀墊進行減振[6-7]。4實際加工效果為了驗證新工藝是否能達到預期效果,進行了6批次試驗,檢測加工后內圈的各項技術指標,結果見表1。為驗證加工后油溝形狀是否滿足要求,同樣進行了6批次試驗,檢測油溝形狀是否合格,結果見表2,油溝形狀如圖5所示。表1改進加工工藝后內圈的各項技術指標Tab.1Varioustechnicalindicatorsofinnerringafterimprovementofprocessingtechnology表2油溝加工試驗數(shù)據(jù)Tab.2Testdataforoilgrooveprocessing(a)大端切片投影圖(b)小端油溝輪廓檢測圖圖5改進工藝后加工的油溝Fig.5Oilgrooveprocessedafterimprovementofprocess由表1和表2可知：1)采用改進工藝加工的內圈單一平面內徑變動量、內圈平均內徑變動量以及滾道單一平面直徑變動量在0.05～0.06mm之間,滿足工藝要求,且縮短了加工周期。2)采用改進工藝加工的油溝形狀良好,無毛刺或積屑瘤,R角過渡圓滑,油溝合格率明顯提高,滿足了油溝加工要求。根據(jù)經驗值及試驗數(shù)據(jù),設備轉速控制在350～850r/min,進給量控制在0.08～0.35mm/r,加工質量、效率最佳。5結束語截止目前,采用改進工藝加工的鐵路貨車圓錐滾子軸承