軸承表面磨削出現(xiàn)缺陷的原因 三泰軸承技術(shù)

軸承表面磨削出現(xiàn)缺陷的原因 軸承在磨加工過(guò)程中，其工作表面是通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進(jìn)行磨削的，因此在磨 削時(shí)如果不按作業(yè)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行操作和調(diào)整設(shè)備， 就會(huì)在軸承工作表面出現(xiàn)種種缺 陷，以致影響軸承的整體質(zhì)量。軸承在精密磨削時(shí)，由于粗糙要求很高，工作表 面出現(xiàn)的磨削痕跡往往能用肉眼觀察到其表面磨削痕跡主要有以下幾種。 表現(xiàn) 出現(xiàn)交叉螺旋線痕跡 ... 軸承在磨加工過(guò)程中，其工作表面 通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進(jìn)行磨削的，因此在磨 削時(shí)如果不按作業(yè)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行操作和調(diào)整設(shè)備， 就會(huì)在軸承工作表面出現(xiàn)種種缺 陷，以致影響軸承的整體質(zhì)量。軸承在精密磨削時(shí)，由于粗糙要求很高，工作表 面出現(xiàn)的磨削痕跡往往能用肉眼觀察到其表面磨削痕跡主要有以下幾種。 出現(xiàn) 種痕跡的原因主要是由于砂輪的母線 表現(xiàn)出現(xiàn)交叉螺旋線痕跡 平直性差，存在凹凸現(xiàn)象，在磨削時(shí)，砂輪與工件僅是部分接觸，當(dāng)工件或砂輪 數(shù)次往返運(yùn)動(dòng)后，在工件表現(xiàn)就會(huì)再現(xiàn)交叉螺旋線且肉眼可以觀察到。這些螺旋 線的螺距與工件臺(tái)速度、工件轉(zhuǎn)速大小有關(guān)，同時(shí)也與砂輪軸心線和工作臺(tái)導(dǎo)軌 不平行有關(guān)。 （一）螺旋線形成的主要原因 1.砂輪修整不良，邊角未倒角，未使用冷卻液進(jìn)行修整； 2.工作臺(tái)導(dǎo)軌導(dǎo)潤(rùn)滑油過(guò)多，致使工作臺(tái)漂?。?3.機(jī)床精度不好； 4.磨削壓力過(guò)大等。 （二）螺旋線形成的具有原因 1.V 形導(dǎo)軌剛性不好，當(dāng)磨削時(shí)砂輪產(chǎn)生偏移，只是砂輪邊緣與工作表 面接觸； 2.修整吵輪時(shí)工作臺(tái)換向速度不穩(wěn)定，精度不高，使砂輪某一邊緣修整 略少； 3.工件本身剛性差； 4.砂輪上有破碎太剝落的砂粒和工件磨削下的鐵屑積附在砂輪表面上， 為此應(yīng)將修整好的砂輪用冷卻水沖洗或刷洗干凈； 5.砂輪修整不好，有局部凸起等。 表面出現(xiàn)魚(yú)鱗狀 表面再現(xiàn)魚(yú)鱗狀痕跡的主要原因是由于砂輪的切削刃不夠鋒利， 在磨削 時(shí)發(fā)生“啃住”現(xiàn)象，此時(shí)振動(dòng)較大。造成工件表面出現(xiàn)魚(yú)鱗狀痕跡的具體原因 是： 1. 砂輪表面有垃圾和油污物； 2. 砂輪未修整圓； 3. 砂輪變鈍。修整不夠鋒利； 4. 金剛石緊固架不牢固，金剛石搖動(dòng)或金剛石質(zhì)量不好不尖銳； 5. 砂輪硬度不均勻等。 工作面拉毛 表面再現(xiàn)拉毛痕跡的主要原因是由于粗粒度磨粒脫落后， 磨粒夾在工件與砂 輪之間而造成。 工件表面在磨削時(shí)被拉毛的具體原因是： 1. 粗磨時(shí)遺留下來(lái)的痕跡，精磨時(shí)未磨掉； 2. 冷卻液中粗磨粒與微小磨粒過(guò)濾不干凈； 3. 粗粒度砂輪剛修整好時(shí)磨粒容易脫落； 4. 材料韌性有效期或砂輪太軟； 5. 磨粒韌性與工件材料韌性配合不當(dāng)?shù)取?工件表面有直波形痕跡 我們將磨過(guò)的工件垂軸心線截一橫斷面并放大，可看到其周邊近似于正弦 波。使其中心沿軸心線無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)平移，正弦波周邊的軌跡便是波形柱面，亦稱這為 多角形。 產(chǎn)生直波形的原因是砂輪相對(duì)工件的移動(dòng)或者說(shuō)砂輪對(duì)工件磨削的壓力發(fā) 生周期性變化而引起振動(dòng)的原故。 這種振動(dòng)可能是強(qiáng)迫振動(dòng)， 也可能是自激振動(dòng)， 因此工件上的直波頻往往不止一種。 產(chǎn)生直波形痕跡的具體原因是： 1. 砂輪主軸間隙過(guò)大； 2. 砂輪硬度太高； 3. 砂輪靜平衡不好或砂輪變鈍； 4. 工件轉(zhuǎn)速過(guò)高； 5. 橫向亓刀太大 6. 砂輪主軸軸承磨損，配合間隙過(guò)大，產(chǎn)生徑向跳動(dòng)； 7. 砂輪壓緊機(jī)構(gòu)或工作臺(tái)“爬行”等。 工件表面再現(xiàn)燒傷痕跡 工件表面在磨削過(guò)程中往往會(huì)燒傷，燒傷有幾種類型，一是燒傷沿砂輪加工 方向，呈暗黑色斑塊；二是呈線條或斷續(xù)線條狀。 工件表面在磨加工過(guò)程中被燒傷，歸納起來(lái)有以下幾種原因： 1. 砂輪太硬或粒度太細(xì)組織過(guò)密； 2. 進(jìn)給量過(guò)大，切削液供應(yīng)不足，散熱條件差； 3. 工件轉(zhuǎn)速過(guò)低，砂輪轉(zhuǎn)速過(guò)快； 4. 砂輪振擺過(guò)大，因磨削深度不斷發(fā)生變化而燒傷； 5. 砂輪修整不及時(shí)或修整不好； 6. 金剛石銳利，砂輪修整不好； 7. 工件粗磨時(shí)燒傷過(guò)深，精磨留量又太小，沒(méi)有磨掉； 8. 工件夾緊力或吸力不足，在磨削力作用下，工件存在停轉(zhuǎn)現(xiàn)象等。 那么工件表面在磨削過(guò)程中如何知道是否燒務(wù)呢？這要通過(guò)定期酸洗即可 檢查出來(lái)。 工件酸洗后，在表面濕潤(rùn)時(shí)，應(yīng)立即在散光燈下目測(cè)檢驗(yàn)，正常表面呈均勻 暗灰色。如是軟件點(diǎn)，就呈現(xiàn)云彩狀暗黑色斑點(diǎn)，且周界不定整；如果脫碳，則 呈現(xiàn)灰白或暗黑色花斑； 如果磨加工裂紋，則裂紋呈龜裂狀，如是燒傷，一是 表面沿砂輪加工方向呈現(xiàn)暗黑色斑塊，二是呈現(xiàn)線條或斷續(xù)線條狀。 如在磨加工過(guò)程中出現(xiàn)上述燒傷現(xiàn)象，必須及時(shí)分析原因，采取有效措施加 以解決，杜絕批量燒傷。 表面粗糙度達(dá)不到要求 表面粗糙度達(dá)不到要求 軸承零件的表面粗糙度均有標(biāo)準(zhǔn)和工藝要求，但在磨加工和超精過(guò)程中 ， 因種種原因，往往達(dá)不到規(guī)定的要求。造成工件表面粗糙度達(dá)不到要求的主要原 因是： 1. 磨削速度過(guò)低，進(jìn)給速度過(guò)快，進(jìn)刀量過(guò)大，無(wú)進(jìn)給磨削時(shí)間過(guò)短； 2. 工件轉(zhuǎn)速過(guò)高或工件軸和砂輪軸振動(dòng)過(guò)大； 3. 砂輪粒度太粗或過(guò)軟； 4. 砂輪修整速度過(guò)快或修整機(jī)構(gòu)間隙過(guò)大； 5. 修整砂輪的金剛石不銳利或質(zhì)量不好； 6. 超精用油石質(zhì)量不好，安裝位置不正確； 7. 超精用煤油質(zhì)量達(dá)不到要求； 8. 超精時(shí)間過(guò)短等； 磨削加工砂輪振動(dòng)分析和防治圖 1 磨削振動(dòng)模型 圖 2 砂輪的不平衡用砂輪進(jìn)行磨削加工是制造機(jī)械零件的 常用方法，也是比較復(fù)雜的受力過(guò)程和振動(dòng)過(guò)程。振動(dòng)是磨削加工過(guò)程中不可避 免和十分有害的現(xiàn)象，它能夠降低工件的精度和表面質(zhì)量，嚴(yán)重情況下可導(dǎo)致砂 輪的破裂和加工系統(tǒng)的破壞，所以減輕和防止振動(dòng)是提高磨削質(zhì)量的重要措施， 振動(dòng)產(chǎn)生的主要原因是：磨... 圖 1 磨削振動(dòng)模 . 用砂輪進(jìn)行磨削加工 制造機(jī)械零件的常用方法，也是比較復(fù)雜的受力過(guò)程和振動(dòng)過(guò)程。 振動(dòng)是磨削加工過(guò)程中不可避免和十分有害的現(xiàn)象， 它能夠降低工件的精度和表面質(zhì)量， 嚴(yán) 重情況下可導(dǎo)致砂輪的破裂和加工系統(tǒng)的破壞， 所以減輕和防止振動(dòng)是提高磨削質(zhì)量的重要 措施，振動(dòng)產(chǎn)生的主要原因是：磨削加工零件時(shí)，砂輪工作表面上的每顆磨粒相當(dāng)一把具有 負(fù)前角的微型刀刃，但由于每顆磨粒的形狀不規(guī)則，導(dǎo)致磨削力的變化； 砂輪的偏心、不 平衡、高速旋轉(zhuǎn)和系統(tǒng)的彈性變形引起砂輪和加工系統(tǒng)的振動(dòng)； 磨削加工系統(tǒng)內(nèi)部振動(dòng)(如 動(dòng)力部分的振動(dòng)、傳動(dòng)部分的振動(dòng)、支承部分的振動(dòng))和外部振動(dòng)(外部振動(dòng)源傳給磨削加工 系統(tǒng)引起的振動(dòng)); 被磨削件的振動(dòng)。 1 振動(dòng)分析 砂輪的不平衡是引起強(qiáng)迫振動(dòng)的主要原 因，也是比較容易檢測(cè)的，故下面主要分析砂輪的不平衡引起強(qiáng)迫振動(dòng)。如圖 1，設(shè)被加工 件(零件)剛度非常大，顯然砂輪在被磨削表面法向(x 軸向)上的振動(dòng)對(duì)工件的精度和表面質(zhì) 量影響最大，故主要研究 x 軸向的振動(dòng)。 如圖 2，砂輪由于不對(duì)稱而產(chǎn)生不平衡，設(shè)不平 衡部分集中于一點(diǎn)， 其質(zhì)量為 m, m 的旋轉(zhuǎn)半徑為 r， 則產(chǎn)生離心力為 F0=mrw2=mr(2pn/60)2 (1)式中：w 為砂輪的角速度(rad/s) ; n 為砂輪的轉(zhuǎn)速(r/min)。 離心力 F 在 x 軸上的投影為 Fx=sin(wt+b), b 為 初 相 位 角 。 設(shè) 系 統(tǒng) 靜 剛 度 為 K ， 振 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 運(yùn) 動(dòng) 方 程 為 (2) 方 程 解 得 (3)式中： wn 為系統(tǒng)固有頻率， wn=(K/m)?， a=C/(2m)， 為阻尼系數(shù)； C wd=(w2-a2)?； 阻尼比 z=a/wn； 頻率比 l=w/wn；q=arctan 2xl/(1-l2) ；v0 為質(zhì)點(diǎn) m 初速度；x0 為質(zhì)點(diǎn) m 初始位置在 X 軸上 的投影 靜變形 d= F0 = F0 k mw2(4) 穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng) H= d [(1-l2)2+(2xl)2]?(5)穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng) H 表明了磨削系統(tǒng)固有的振動(dòng)特性，降低穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng)，是減輕振動(dòng)的十分有效措施。 2 振 動(dòng)的防治措施 圖 3 內(nèi)圓磨削接桿圖 提高磨削系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 提高磨削系統(tǒng)的剛度 由式(4)、式(5)可知，提高磨削系統(tǒng)的剛度 K , 可顯著降低穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng) H。由于受空間位置和幾何尺寸的限制，內(nèi)圓磨床接桿一般是 細(xì)而長(zhǎng)(如圖 3) ，降低了接桿的剛度，是引起振動(dòng)的主要原因。在 M2110A 內(nèi)圓磨床上磨 削一零件內(nèi)孔，零件是淬火鋼，孔徑是 50.4Omm ，選用內(nèi)外徑分別是 6mm 、30mm 陶瓷 結(jié)合劑平行砂輪，砂輪轉(zhuǎn)速 14,400r/min , 工件轉(zhuǎn)速 20Or/min ，圖 4 表明了內(nèi)圓磨床接桿懸 伸長(zhǎng)度 L 與砂輪穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng) H 之間的關(guān)系，顯然，L 愈大，磨削系統(tǒng)的剛度 K 愈小，砂 輪穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng) H 愈大。增加磨削系統(tǒng)的阻尼和避開(kāi)共振區(qū) 由式(5)可知，提高磨削系統(tǒng)的 阻尼，可顯著降低穩(wěn)態(tài)振動(dòng)響應(yīng) H 。磨床上大部分阻尼產(chǎn)生于導(dǎo)軌面和連接面，在其導(dǎo)軌 面上建立油膜，主軸采用滑動(dòng)軸承支承，可顯著提高磨削系統(tǒng)的阻尼。 當(dāng)振動(dòng)頻率 w 接近 系統(tǒng)固有頻率 w0 時(shí)，l≈1 , 系統(tǒng)發(fā)生共振，砂輪振幅劇增，應(yīng)盡量避免。 采用減振裝置 圖 5 砂輪上裝減振器 圖 6 裝減振器前后的幅頻特性曲線在 M1040 無(wú)心磨床上磨削直徑為 20mm 圓柱滾 子零件時(shí)，其表面產(chǎn)生棱形波紋，經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)當(dāng)振動(dòng)頻率為 160～18OHz 時(shí)，磨 頭振幅最大，發(fā)生共振現(xiàn)象。對(duì)磨頭進(jìn)行激振試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)固有頻率為 17lHz ，為降低系統(tǒng)固有頻率，在無(wú)心磨床砂輪主軸外端安裝阻尼減振器(如圖 5) ，減振器的外殼與砂輪主軸剛性連接，附加質(zhì)量滑套在減振器的軸上，外殼 與附加質(zhì)量之間充滿具有一定阻尼的液壓油。裝上減振器后，經(jīng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng) 固有頻率降為 105Hz ，系統(tǒng)穩(wěn)定性顯著改善，零件質(zhì)量也大為改善(如圖 6)。 圖 7 對(duì)砂輪進(jìn)行修整前后的振幅 及時(shí)清理砂輪磨削表面 某廠在磨削一臺(tái)階長(zhǎng)軸時(shí)，開(kāi)始時(shí)磨削效果較好，一段 時(shí)間后產(chǎn)生較強(qiáng)振動(dòng)現(xiàn)象，經(jīng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)砂輪表面阻塞，用金剛筆修整后， 振動(dòng)明顯減輕(如圖 7)。 總之，振動(dòng)是磨削加工中常見(jiàn)現(xiàn)象，也是一個(gè)復(fù)雜的 物理過(guò)程，它嚴(yán)重影響了零件質(zhì)量。寧波三泰軸承有限公司 0574-87220315 13065807009 傳真：87223781 www.huizhouweb.com

特別是隨著技術(shù)的發(fā)展，磨削加工朝高速高 質(zhì)量方向發(fā)展，磨削加工中防振更顯重要。 磨削加工過(guò)程中進(jìn)行在線測(cè)量的起因和 做法你曾為一種新的用途， 確定最好的磨床和磨具而傷過(guò)腦筋， 因?yàn)槟阋湍ゴ埠湍ゾ叩墓?yīng)廠 家討論決定最佳的磨削和進(jìn)給速度，你要很好地培訓(xùn)操作 員。然而，在開(kāi)始工作數(shù)天或 數(shù)周后你的質(zhì)量控制管理人員告訴你， 臺(tái)新機(jī)床不能加工出合格的零件，屆時(shí)你必須驗(yàn) 明和確定問(wèn)題所在，并找出各種影響磨削過(guò)程的變量，這不 件容易的事。 為避免這種情況， 越來(lái)越多的制造廠轉(zhuǎn)向在磨削加工過(guò)程中進(jìn)行測(cè)量， 這一測(cè)量戰(zhàn)略被稱 為“在線測(cè)量”，因?yàn)樗窃诹慵患庸r(shí)監(jiān)控零件的尺寸。雖然在 50 年代初已有這種閉環(huán) 過(guò)程控制方法，然而僅在近年來(lái)，由于在線測(cè)量系統(tǒng)功能的強(qiáng)化、耐用和簡(jiǎn)便才成為車間實(shí) 際的選擇。 在線測(cè)量使用戶能：控制磨削工藝；砂輪修整后，機(jī)床能快速回“零”；根據(jù)零件尺寸，馬 上調(diào)整周期；獲得實(shí)時(shí)反饋以加快故障問(wèn)題的處理和工藝分析。 因?yàn)榱慵粶y(cè)量，并在實(shí)時(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)償，磨削加工的在線測(cè)量不需要統(tǒng)計(jì)跟蹤。機(jī) 床的實(shí)際控制依賴于每個(gè)零件加工時(shí)的各種條件。 在應(yīng)用中，測(cè)量頭必須皮實(shí)，能承受 時(shí)間暴露在帶磨料和磨屑的冷卻液之中。皮實(shí)必 然要求簡(jiǎn)單。一般說(shuō)，簡(jiǎn)單的測(cè)量?jī)x器有較好的熱穩(wěn)定性，同時(shí)測(cè)量?jī)x的零件數(shù)越少就越好 維修，維修也越快。 “越簡(jiǎn)單越好”的原則也適用于測(cè)量?jī)x的接口，它應(yīng)該是有高度可視性和有圖標(biāo)，以便快速 安裝和減少操作者產(chǎn)生錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)。 另外，要磨的零件表面往往是斷續(xù)的，測(cè)量系統(tǒng)必須能精確的測(cè)量其真實(shí)尺寸，甚至包括 在測(cè)量區(qū)內(nèi)的斷續(xù)部份的尺寸。零件的誤差要求達(dá)到 3?m 并非罕見(jiàn)，用在線測(cè)量所得到的 結(jié)果證明了它的用處。注意，一種雙指/雙傳感器的磨床測(cè)量?jī)x在全過(guò)程中能達(dá)到最高的測(cè) 量精度，而且因?yàn)樗苁鼓惴謩e看每個(gè)傳感器，所以也可用作工藝分析。 當(dāng)操作人員看到測(cè)量?jī)x波動(dòng)時(shí)， 他也許錯(cuò)誤的認(rèn)為量?jī)x有問(wèn)題， 事實(shí)上這波動(dòng)可能正是工 藝存在某些問(wèn)題的第一跡象。例如，如果材料切削率慢慢下降，這表明砂輪需要修正，測(cè)量 中的波動(dòng)也可能表明是零件變形的問(wèn)題， 這就需要再增加一個(gè)中心支架， 減少砂輪壓力或以 不同的方向修正砂輪。 通過(guò)監(jiān)視和修正磨削工藝， 在線測(cè)量能在制造的早期階段消除質(zhì)量問(wèn)題， 而不是生產(chǎn)出廢 件并在檢查階段甚至在裝配階段才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題， 這樣你就不會(huì)制造廢品了。 從而使你質(zhì)量保證 成本有了實(shí)質(zhì)性下降，這被稱之謂“質(zhì)量杠桿”的概念。 總而言之，“質(zhì)量杠桿”的概念是在生產(chǎn)中越早修正或改進(jìn)質(zhì)量，則確定工藝和降低成本的 效益就越大。在生產(chǎn)過(guò)程的最后階段，即當(dāng)產(chǎn)品要發(fā)運(yùn)給用戶時(shí)，在這階段確定質(zhì)量問(wèn)題則 費(fèi)用就很大，更槽的是這時(shí)已不能改變工藝來(lái)防止再發(fā)生問(wèn)題。 情況是不同的， 從理論上講在生產(chǎn)過(guò)程的初始階段即產(chǎn)品技術(shù)準(zhǔn)備階段， 這時(shí)在質(zhì)量上的 投資回報(bào)和到產(chǎn)品發(fā)貨時(shí)相比將是 100：1。在制造工程階段（即在金屬加工階段） ，以模塊 測(cè)量或探測(cè)為基礎(chǔ)的閉環(huán)過(guò)程控制上投資收益比后來(lái)在質(zhì)量控制（QC）或檢查階段來(lái)改進(jìn) 要大數(shù)十倍。如果你要等到在裝配階段再改進(jìn)，則將無(wú)投資回報(bào)可言。“質(zhì)量杠桿”清楚地表 明在生產(chǎn)過(guò)程中越早確定質(zhì)量問(wèn)題則效益就越大，成本就越低，你等的時(shí)間越長(zhǎng)，收益就越 小，成本就越大。 寧波三泰軸承有限公司 0574-87220315 13065807009 傳真：87223781 www.huizhouweb.com