軸承加工技術(shù):外圓表面的加工方法和加工方案

　　一、外圓表面的車削加工

　　根據(jù)毛坯的制造精度和工件最終加工要求，外圓車削一般可分為粗車、半精車、精車、精細(xì)車。

　　粗車的目的是切去毛坯硬皮和大部分余量。加工后工件尺寸精度IT11~IT13 ，表面粗糙度Ra50~12.5 μ m 。

　　半精車的尺寸精度可達(dá) IT8~IT10 ，表面粗糙度 Ra6.3~3.2 μ m 。半精車可作為中等精度表面的終加工，也可作為磨削或精加工的預(yù)加工。

　　精車后的尺寸精度可達(dá) IT7~IT8 ，表面粗糙度 Ra1.6~0.8 μ m 。

　　精細(xì)車后的尺寸精度可達(dá) IT6~IT7 ，表面粗糙度 Ra0.4~0.025 μ m 。精細(xì)車尤其適合于有色金屬加工，有色金屬一般不宜采用磨削，所以常用精細(xì)車代替磨削。

　　二、外圓表面的磨削加工

　　磨削是外圓表面精加工的主要方法之一。它既可加工淬硬后的表面，又可加工未經(jīng)淬火的表面。

　　根據(jù)磨削時(shí)工件定位方式的不同，外圓磨削可分為：中心磨削和無心磨削兩大類。

　　（一）中心磨削

　　中心磨削即普通的外圓磨削，被磨削的工件由中心孔定位，在外圓或萬能外圓磨床上加工。磨削后工件尺寸精度可達(dá) IT6~IT8 ，表面粗糙度 Ra0.8~0.1 μ m 。按進(jìn)給方式不同分為縱向進(jìn)給磨削法和橫向進(jìn)給磨削法。

　　1 ．縱向進(jìn)給磨削法（縱向磨法） 三泰SUNTHAI

　　如圖 6-2 所示，砂輪高速旋轉(zhuǎn)，工件裝在前后頂尖上，工件旋轉(zhuǎn)并和工作臺(tái)一起縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

　　2 ．橫向進(jìn)給磨削法（切入磨法）

　　如圖 6-3 所示，此種磨削法沒有縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，砂輪以慢速作連續(xù)的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。其生產(chǎn)率高，適用于大批量生產(chǎn)，也能進(jìn)行成形磨削。但橫向磨削力較大，磨削溫度高，要求機(jī)床、工件有足夠的剛度，故適合磨削短而粗，剛性好的工件；加工精度低于縱向磨法。三泰SUNTHAI

　　（二）無心磨削

　　無心磨削是一種高生產(chǎn)率的精加工方法，以被磨削的外圓本身作為定位基準(zhǔn)。目前無心磨削的方式主要有：貫穿法和切入法。

　　如圖 6-4 所示為外圓貫穿磨法的原理。三泰SUNTHAI

 　　工件處于磨輪和導(dǎo)輪之間，下面用支承板支承。磨輪軸線水平放置，導(dǎo)輪軸線傾斜一個(gè)不大的 λ 角。這樣導(dǎo)輪的圓周速度 υ 導(dǎo) 可以分解為帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的 υ 工 和使工件軸向進(jìn)給的分量 υ 縱 。

如圖 6-5 為切入磨削法磨削的原理。導(dǎo)輪 3 帶動(dòng)工件 2 旋轉(zhuǎn)并壓向磨輪 1 。加工時(shí)，工件和導(dǎo)輪及支承板一起向砂輪作橫向進(jìn)給。磨削結(jié)束后，導(dǎo)輪后退，取下工件。導(dǎo)輪的軸線與砂輪的軸線平行或相交成很小的角度（ 0.5~1 o ），此角度大小能使工件與擋鐵 4 （限制工件軸向位置）很好地貼住即可。

　　無心磨削時(shí)，必須滿足下列條件：

　　1 ．由于導(dǎo)輪傾斜了一個(gè) λ角度，為了保證切削平穩(wěn)，導(dǎo)輪與工件必須保持線接觸，為此導(dǎo)輪表面應(yīng)修整成雙曲線回轉(zhuǎn)體形狀。

　　2 ．導(dǎo)輪材料的摩擦系數(shù)應(yīng)大于砂輪材料的磨擦系數(shù)；砂輪與導(dǎo)輪同向旋轉(zhuǎn)，且砂輪的速度應(yīng)大于導(dǎo)輪的速度；支承板的傾斜方向應(yīng)有助于工件緊貼在導(dǎo)輪上。

　　3 ．為了保證工件的圓度要求，工件中心應(yīng)高出砂輪和導(dǎo)輪中心連線。高出數(shù)值 H 與工件直徑有關(guān)。當(dāng)工件直徑 d 工 =8 ～ 30mm 時(shí)， H ≈ d 工 /3 ；當(dāng) d 工 =30 ～ 70mm 時(shí)， H ≈ d 工 /4 。

　　4 、導(dǎo)輪傾斜一個(gè) λ 角度。如圖 6-4 ，當(dāng)導(dǎo)輪以速度 v 導(dǎo) 旋轉(zhuǎn)時(shí)，可分解為：

　　v 工 =v 導(dǎo) · cos λ ; v 縱 =v 導(dǎo) · sin λ

　　粗磨時(shí)， λ 取 3 ° ～ 6 ° ；精磨時(shí)， λ 取 1 ° ～ 3 ° 。

　　無心磨削時(shí)，工件尺寸精度可達(dá) IT6-IT7 ，表面粗糙度 Ra0.8-0.2um. 三泰SUNTHAI

　　（三）外圓磨削的質(zhì)量分析

　　在磨削過程中，由于有多種因素的影響，零件表面容易產(chǎn)生各種缺陷。常見的缺陷及解決措施分析如下：

　　1 ．多角形 在零件表面沿母線方向存在一條條等距的直線痕跡，其深度小于 0.5 μ m ，如圖6-6 所示。

　　產(chǎn)生原因主要是由于砂輪與工件沿徑向產(chǎn)生周期性振動(dòng)所致。如砂輪或電動(dòng)機(jī)不平衡；軸承剛性差或間隙 太大 ；工件中心孔與頂尖接觸不良；砂輪磨損不均勻等。消除振動(dòng)的措施，如仔細(xì)地平衡砂輪和電動(dòng)機(jī)；改善中心孔和頂尖的接觸情況；及時(shí)修整砂輪；調(diào)整軸承間隙等。三泰SUNTHAI

　　2 ．螺旋形 磨削后的工件表面呈現(xiàn)一條很深的螺旋痕跡，痕跡的間距等于工件每轉(zhuǎn)的縱向進(jìn)給量。如圖 6-7 所示。

　　產(chǎn)生原因主要是砂輪微刃的等高性破壞或砂輪與工件局部接觸。如砂輪母線與工件母線不平行；頭架、尾座剛性不等；砂輪主軸剛性差。消除的措施，修正砂輪，保持微刃等高性；調(diào)整軸承間隙；保持主軸的位置精度；砂輪兩邊修磨成能成臺(tái)肩形或倒圓角，使砂輪兩端不參加切削；工件臺(tái)潤滑油要合適，同時(shí)應(yīng)有卸載裝置；使導(dǎo)軌潤滑為低壓供油。三泰SUNTHAI

　　3 ．拉毛（劃傷或劃痕） 常見的工件表面拉毛現(xiàn)象如圖 6-8 所示。

　　產(chǎn)生原因主要是磨粒自銳性過強(qiáng)；切削液不清潔；砂輪罩上磨屑落在砂輪與工件之間等。消除拉毛的措施，選擇硬度稍高一些的砂輪；砂輪修整后用切削液和毛刷清洗；對(duì)切削液進(jìn)行過濾；清理砂輪罩上的磨屑等。

　　4 ．燒傷 可分為螺旋形燒傷和點(diǎn)燒傷，如圖 6-9 所示。

　　燒傷的原因主要是由于磨削高溫的作用，使工件表層金相組織發(fā)生變化，因而使工件表面硬度發(fā)生明顯變化。消除燒傷的措施，降低砂輪硬度；減小磨削深度；適當(dāng)提高工件轉(zhuǎn)速；減少砂輪與工件接觸面積；及時(shí)修正砂輪；進(jìn)行充分冷卻等。

　　三、外圓表面的精密加工

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)工件和加工精度和表面質(zhì)量要求也越來越高。因此在外圓表面精加工后，往往還要進(jìn)行精密加工。外圓表面的精密加工方法常用的有高精度磨削、超精度加工、研磨和滾壓加工等。 三泰SUNTHAI

　　高精度磨削

　　使軸的表面粗糙度值在 Ra0.16 μ m 以下的磨削工藝稱為高精度磨削，它包括精度磨削（ Ra0.6-0.06 μ m ）、超精密磨削（ Ra0.04-0.02 μ m ）和鏡面磨削（ Ra ﹤ 0.01 μ m）。

　　高精度磨削的實(shí)質(zhì)在于砂輪磨粒的作用。經(jīng)過精細(xì)修整后的砂輪的磨粒形成了同時(shí)能參加磨削的許多微刃。如圖 6 -10a,b，這些微刃等高程度好，參加磨削的切削刃數(shù)大大增加，能從工件上切下微細(xì)的切屑，形成粗糙度值較小的表面。隨著磨削過程的繼續(xù)，銳利的微刃逐漸鈍化，如圖 6 -10c。鈍化的磨粒又可起拋光作用，使粗糙度進(jìn)一步降低。

　　（二）超精加工

　　用細(xì)粒度磨具的油石對(duì)工件施加很小的壓力，油石作往復(fù)振動(dòng)和慢速沿工件軸向運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)微量磨削的一種光整加工方法。

　　如圖 6-11 所示為其加工原理圖。加工中有三種運(yùn)動(dòng)：工件低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 1 ；磨頭軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 2 ；磨頭高速往復(fù)振動(dòng) 3 。如果暫不考慮磨頭軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，磨粒在工件表面上走過的軌跡是正弦曲線，如圖 6-11b 所示。

　　超精加工大致有四個(gè)階段：

　　1 ．強(qiáng)烈切削階段 開始時(shí)，由于工件表面粗糙，少數(shù)凸峰與油石接觸，單位面積壓力很大，破壞了油膜，故切削作用強(qiáng)烈。

　　2 ．正常切削階段 當(dāng)少數(shù)凸峰磨平后，接觸面積增加，單位面積壓力降低，致使切削作用減弱，進(jìn)入正常切削階段。

　　3 ．微弱切削階段 隨著接觸面積進(jìn)一步增大，單位面積壓力更小，切削作用微弱，且細(xì)小的切屑形成氧化物而嵌入油石的空隙中，因而油石產(chǎn)生光滑表面，具有摩擦拋光作用。

　　4 ．自動(dòng)停止切削階段 工件磨平，單位面積上的壓力很小，工件與油石之間形成液體摩擦油膜，不再接觸，切削作用停止。

　　經(jīng)超精加工后的工件表面粗糙度值 Ra0.08-0.01 μ m. 。然而由于加工余量較?。ㄐ∮?0.01mm ），因而只能去除工件表面的凸峰，對(duì)加工精度的提高不顯著。 三泰SUNTHAI

　　（三）研磨

　　用研磨工具和研磨劑，從工件表面上研去一層極薄的表層的精密加工方法稱為研磨。

　　研磨用的研具采用比工件材料軟的材料（如鑄鐵、銅、巴氏合金及硬木等）制成。研磨時(shí)，部分磨粒懸浮在工件和研具之間，部分研粒嵌入研具表面，利用工件與研具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磨粒應(yīng)切掉一層很薄的金屬，主要切除上工序留下來的粗糙度凸峰。一般研磨的余量為 0.01 -0.02mm 。研磨除可獲得高的尺寸精度和小的表面粗糙度值外，也可提高工件表面形狀精度，但不能改善相互位置精度。 三泰SUNTHAI

　　當(dāng)兩個(gè)工件要求良好配合時(shí)，利用工件的相互研磨（對(duì)研）是一種有效的方法。如內(nèi)燃機(jī)中的氣閥與閥座，油泵油咀中的偶件等。

　　（四）滾壓加工

　　滾壓加工是用滾壓工具對(duì)金屬材質(zhì)的工件施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，從而降低工件表面粗糙度，強(qiáng)化表面性能的加工方法。它是一種無切屑加工。

　　圖 6-12 為滾壓加工示意圖。滾壓加工有如下特點(diǎn)：

　　1 ．滾壓前工件加工表面粗糙度值不大于 Ra5 μ m ，表面要求清潔，直徑余量為 0.02 -0.03mm 。

　　2 ．滾壓后的形狀精度和位置精度主要取決于前道工序。 三泰SUNTHAI

　　3 ．滾壓的工件材料一般是塑性材料，并且材料組織要均勻。鑄鐵件一般不適合滾壓加工。

　　4 ．滾壓加工生產(chǎn)率高。

　　四、外圓表面加工方案的選擇

　　上面介紹了外圓表面常用的幾種加工方法及其特點(diǎn)。零件上一些精度要求較高的面，僅用一種加工方法往往是達(dá)不到其規(guī)定的技術(shù)要求的。這些表面必須順序地進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工等加工方法以逐步提高其表面精度。不同加工方法有序的組合即為加工方案。表 3-14 即為外圓柱面的加工方案。三泰SUNTHAI

表3-14  外圓柱面加工方法

　　確定某個(gè)表面的加工方案時(shí)，先由加工表面的技術(shù)要求（加工精度、表面粗糙度等）確定最終加工方法，然后根據(jù)此種加工方法的特點(diǎn)確定前道工序的加工方法，如此類推。但由于獲得同一精度及表面粗糙度的加工方法可有若干種，實(shí)際選擇時(shí)還應(yīng)結(jié)合零件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸大小及材料和熱處理的要求全面考慮。 三泰SUNTHAI

　　表 3-14 中序號(hào) 3 （粗車—半精車—精車）與序號(hào) 5 （粗車—半精車—磨）的兩種加工方案能達(dá)到同樣的精度等級(jí)。但當(dāng)加工表面需淬硬時(shí)，最終加工方法只能采用磨削。如加工表面未經(jīng)淬硬，則兩種加工方案均可采用。若零件材料為有色金屬，一般不宜采用磨削。 三泰SUNTHAI

　　再如表 3-14 中序號(hào) 7 （粗車—半精車—粗磨—精磨—超精加工）與序號(hào) 10 （粗車—半精車—粗磨—精磨—研磨）兩種加工方案也能達(dá)到同樣的加工精度。當(dāng)表面配合精度要求比較高時(shí)，終加工方法采用研磨較合適；當(dāng)只需要求較小的表面粗糙度值，則采用超精加工較合適。但不管采用研磨還超精加工，其對(duì)加工表面的形狀精度和位置精度改善均不顯著，所以前道工序應(yīng)采用精磨，使加工表面的位置精度和幾何形狀精度已達(dá)到技術(shù)要求。