（机械工程专业论文）提高发动机主轴轴承寿命的研究.pdf

f c l a s s i f i e di n d e x ：u 6 6 1 4 3 u d c ： i i l l ii iii i ii i iii i ii i i 18 0 8 3 9 3 ad i s s e r t a t i o nf o rt h ed e g r e eo f d e n g r e s e a r c ho ni m p r o v et h em a i ns h a f t b e a r i n g sl i f eo f t h ee n g i n e c a n d i d a t e ：l iy i n g l i s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f l ig u a n g j u n e n t e r p r i s ei n s t r u c t o r ：s e n i o re n g i n e e r y a n gs h u x i n d e g r e el e v e l ：m a s t e ro fe n g i n e e r i n g e n g i n e e r i n g ：m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g u n i t ：i n s t i t u t eo fm e c h a n i c a la n de l e c t r i c a le n g i n e e r i n g d a t eo fs u b m i s s i o n ：m a y ，2 0 1 0 d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ：j u n e ，2 0 1 0 u n i v e r s i t y ：h a r b i ne n g i n e e r i n gu n i v e r s i t y 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：乃澎煳 日期：, 7 , 0 0 年二月7 日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数 据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结 合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位 为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 口在授予学位后即可晚授予学位1 2 个月后口 解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。，一 作者( 签字) ：殇潮导师( 签字) ：彳膨 日期：尹，年易月c 日卅1 ) 年乡月加日 提高发动机主轴轴承寿命的研究 摘要 在使用滚动轴承的旋转机械中，大约有3 0 的机械故障是由于轴承失 效所引起的。因此，保证轴承质量对提升我国制造业的整体水平将具有深 远的意义。 轴承行业要求轴承向“高寿命、高可靠性”的方向发展。特别是要求发 动机主轴轴承适应高速、高温、大载荷、长寿命状态下的工作，这就需要 改进轴承结构、材料，提高轴承制造精度，以适应这种工况。本课题的攻 克目标是：将发动机主轴轴承寿命由目前的6 0 0 小时提高到9 0 0 小时。 结合轴承制造经验和使用现状，为了达到上述目标，应采取以下改进 方式：1 轴承套圈材料采用国内最新研制的低碳耐热钢s g l 3 c r 4 m 0 4 n i 4 v ， 这是主轴轴承领域的突破；2 保持架材料为优质合金钢4 0 c r n i m o a ，这种 材料耐高温、耐磨损，承载能力强；3 提高轴承部件的制造精度。 先进行套圈和保持架样板实验，从中获得了低碳耐热钢 s g l 3 c r 4 m 0 4 n i 4 v 材料的轴承套圈在渗碳、热处理和机械加工时所表现出 的物理、化学特性，获得了4 0 c r n i m o 材料保持架的加工特性。结合套圈 和保持架的结构特点，选择合理的加工设备和刃具，设计更适用于生产的 工装，确定合理的车、磨加工工艺方法，最终形成完整的套圈加工工艺和 保持架加工工艺。 按照研制的工艺路线进行批量投产后，轴承的制造精度比原来有了大 幅度的提高，轴承的使用寿命较原来提高一半，最终实现了提高主轴轴承 寿命的目标，满足了产品质量要求。 关键词：主轴轴承；提高轴承寿命；套圈；钢保持架；工艺 、 _ - 埔， l 一 提高发动机丰轴轴承寿命的研究 a b s t r a c t w h e nr o l l i n gb e a r i n g si su s e di nr o t a t i n gm a c h i n e r y ，a b o u t3 0 o ft h e m e c h a n i c a lf a i l u r ew a sc a u s e db yb e a r i n gf a i l u r e ，t h e r e f o r e ，r a i s i n gt h eb e a r i n g q u a l i t y w i l lh a v ef a r - r e a c h i n gs i g n i f i c a n c eo nt h eo v e r a l ll e v e lo fc h i n a s m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y t h eb e a r i n gi n d u s t r yr e q u i r e m e n t st h ed e v e l o pd i r e c t i o no fb e a r i n gt o ”t h e h i g hl i f e ，h i g hr e l i a b i l i t y , i np a r t i c u l a r , r e q u i r e dt h es p i n d l eb e a r i n g so fe n g i n et o a d a p ti nt h es t a t eo fh i g h - s p e e d ，h i g ht e m p e r a t u r e ，l a r g el o a d ，l o n g - l i v e dw o r k ， w h i c hn e e dt o i m p r o v e t h e b e a r i n gs t r u c t u r e ，m a t e r i a l s ，a n di m p r o v e m a n u f a c t u r i n gp r e c i s i o n s ot h a tt oa c c o m m o d a t et h e s ew o r k i n gc o n d i t i o n s t h et a r g e to ft h i si s s u ei s ：t h es p i n d l eb e a r i n gl i f eo fm o t o ri n c r e a s e df r o mt h e c u r r e n t6 0 0h o u r st o9 0 0h o u r s c o m b i n e db e a r i n gm a n u f a c t u r ee x p e r i e n c ea n dt h es t a t u so fu s e ，i no r d e rt o a c h i e v et h i sg o a l ，t a k ea st h ef o l l o w i n gi m p r o v e dw a y ：f i r s t ，b e a r i n gr i n g m a t e r i a lu s e dt h en e w e s tl o w c a r b o nh e a t r e s i s t a n ts t e e ls g l 3 c r 4 m 0 4 n i 4 v d e v e l o p e db yc h i n a ，t h i si s ab r e a k t h r o u g hi nt h ef i e l do fs p i n d l eb e a r i n g s ； s e c o n d ，t om a i n t a i nr e t a i n e r sm a t e r i a la sh i g h q u a l i t ys t e e l4 0 c r n i m o a , t h e m a t e r i a lc a nr e s i s t a n c et o h i g ht e m p e r a t u r e ，w e a r , a n dh a v eh i g hc a r r y i n g c a p a c i t y ；t h i r d ，t oi m p r o v et h em a n u f a c t u r i n gp r e c i s i o no fb e a r i n gc o m p o n e n t s f i r s tf o rf e r r u l ea n dr e t a i n e r sm o d e le x p e r i m e n t s ，g a i nt h e p h y s i c a l ， c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i e so fl o w c a r b o nh e a t r e s i s t a n ts t e e ls g l 3 c r 4 m 0 4 n i 4 v m a t e r i a lb e a r i n gr i n gw h e ni n c a r b u r i z i n g ，h e a tt r e a t m e n ta n dm e c h a n i c a l p r o c e s s i n g ，g a i n i n gt h er o c e s s i n gc h a r a c t e r i s t i c so f4 0 c r n i m o m a t e r i a lr e t a i n e r s c o m b i n a t i o no ff e r r u l ea n dr e t a i n e r ss t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c s ，c h o o s i n g r e a s o n a b l ep r o c e s s i n ge q u i p m e n ta n dc u t t i n gt o o l s ，d e s i g nt h e t o o l i n gt h a t m o r es u i t a b l ef o r p r o d u c t i o n ，t od e t e r m i n ea r e a s o n a b l e t u r n i n gg r i n d i n g p r o c e s s i n gm e t h o d ，f i n a l y , t of o r mt h ec o m p l e t ef e r r u l ep r o c e s s i n ga n dr e t a i n e r s p r o c e s s i n g i 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 i na c c o r d a n c ew i t ht h ed e v e l o p m e n to fp r o c e s sr o u t e sf o rm a s sp r o d u c t i o n ， t h em a n u f a c t u r ep r e c i s i o no fb e a r i n g si n c r e a s e dt h a nt h eo r i g i n a l ，b e a r i n gl i f e i n c r e a s e db yh a l ft h a nt h eo r i g i n a l ，a n du l t i m a t e l yt oi m p r o v et h el i f eo ft h e s p i n d l eb e a r i n g ，t om e e tp r o d u c tq u a l i t yr e q u i r e m e n t s k e y w o r d s ：s p i n d l eb e a r i n g ；i n c r e a s eb e a r i n gl i f e ；s p i n d l e ；s t e e lr e t a i n e r s ； p r o c e s s j 一 噜_ 一 提高发动机主轴轴承寿命的研究 目录 第1 章绪论1 1 1 研究这一课题的目的和意义1 1 2 轴承工业的发展状况2 1 3 主要研究内容5 1 4 本课题的主要工作5 第2 章轴承套圈的加工6 2 1 套圈的车削加工6 2 1 1 用棒料车削套圈6 2 1 2 用锻件车削套圈7 2 1 3 套圈的精整加工8 2 1 4 套圈通用工序的车加工公差标准”1 0 2 2 套圈的热处理1 3 2 2 1 套圈的正火”1 3 2 2 2 套圈的退火1 4 2 2 3 套圈的淬火“1 5 2 2 4 套圈的回火”1 6 2 2 5 套圈的附加回火1 7 2 2 6 套圈的冷处理1 7 2 3 套圈的磨削加工1 8 2 3 1 套圈磨削的工艺过程”1 8 2 3 2 套圈磨削的砂轮选择1 9 2 4 本章小结2 0 第3 章滚动轴承保持架的加工2 1 3 1 保持架的作用”2 1 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 3 2 保持架的材料和热处理2 1 3 3 保持架的加工2 2 3 3 1 冲压保持架的加工一2 2 3 3 2 车制保持架的加工2 4 3 3 3 车制保持架通用工序的工艺原则3 9 3 3 4 压铸保持架和注塑保持架的加工”4 3 3 4 本章小结4 4 第4 章实体车制钢保持架加工技术”4 5 4 1 钢保持架加工工艺的研究- 4 6 4 1 1 圆柱滚子轴承保持架兜孔的拉削”4 7 4 1 2 球轴承保持架兜孔的钻铰削4 7 4 2 钢保持架加工刀具的研究一4 7 4 2 1 刀具材料的研究改进”4 8 4 2 2 刀具的表面处理4 8 4 2 3 刀具的结构改进”4 9 4 3 加工设备和工装的研究5 3 4 3 1 加工设备的选择”5 3 4 3 2 拉床工装的改进设计5 3 4 3 3 拉床润滑方式的改进5 4 4 4 本章小结5 5 第5 章低碳耐热钢轴承套圉加工技术5 6 5 1 低碳耐热钢套圈车加工工艺的研究5 6 5 1 1 车加工工艺中关键技术难点”5 6 5 1 2 车加工工艺的确定5 6 5 2 低碳耐热钢套圈磨加工工艺的研究”6 1 - t ， 噜 提高发动机主轴轴承寿命的研究 - n 5 2 1 磨加工工艺中关键技术难点6 1 5 2 2 磨加工工艺的确定”6 2 5 3 本章小结6 7 第6 章轴承试验6 8 6 1 检测钢保持架6 8 6 2 检测低碳耐热钢套圈6 9 6 3 试验轴承分析7 0 6 4 本章小结7 2 结论一7 3 致谢7 5 参考文献7 6 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果8 0 个人简历8 1 k q 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究这一课题的目的和意义 轴承行业是机械基础产业和骨干行业，其发展水平的高低，往往代表 或制约着一个国家机械工业和其它产业的发展水平。轴承作为一种精密的、 难加工的基础部件，其质量好坏直接影响到产品整机的质量。我国的轴承 工业与发达国家相比，尚存在着很大的差距。根据国家轴承质量监督检测 中心近年来的监督抽查的结果表明，轴承产品的平均合格率仅为6 6 左右， 低于全国各类产品平均合格率的7 5 一8 0 的水平。据统计，在使用滚动 轴承的旋转机械中，大约有3 0 的机械故障是由于轴承失效所引起的，因 此，保证轴承质量对提升我国制造业的整体水平将具有深远的意义i 。同时， 也正由于这一原因，促使轴承行业提前进入质量竞争时代。 许多国外知名轴承制造企业纷纷投入了大量的人力、物力进行轴承质 量研究与攻关，取得了长足的进步。我国轴承工业紧随国际轴承制造业发 展的步伐迅猛发展，对轴承的性能、寿命和可靠性提出了更高的要求，因 而需要对加工设备、生产工艺、材料、检测、人员技能与生产环境等各个 方面的所有质量影响因素，实施严格有效地控制，才能保证高质量的产品【2 1 。 发动机主轴轴承是发动机的关键件之一，它在高速、高温和受力复杂的工 况条件下工作，而且要求有较长的使用寿命和较高的可靠性【3 】。为了提高发 动机主轴轴承的性能、寿命和可靠性，国内组织了有机械、冶金、石化等 部门的多个单位联合的攻关，针对轴承的原材料、润滑油、设计、加工工 艺、检测、试验及相关技术等方面开展了较全面的研究，取得了多项研究 成果，使发动机的主轴轴承寿命由攻关前的3 0 0 小时提高到了5 0 0 小时和 6 0 0 小时【4 】。 本课题来源于我国轴承发展的需要。目前发动机主轴轴承套圈材料采 哈尔滨丁程大学硕七学位论文 用低碳耐热钢，保持架材料为优质合金钢4 0 c r n i m o a l 引。要将轴承寿命提 高到9 0 0 小时，必须对套圈、保持架的加工精度、质量及钢球的检测精度 规定更高的考核指标。而这些材料的加工难度非常大，因此，需要制定合 理的加工工艺路线、改进刃具主参数并合理选材，研制切实可行的加工及 检测方法，以达到提高发动机主轴轴承寿命的目标。本项目课题完成后， 将把更成熟的工艺技术、更完善的工艺装备和高精度的检测手段在行业内 推广，为国内新研高性能发动机主轴轴承的配套开辟新路，使发动机主轴 轴承的性能得到更大的提高，适应高速、高温、大载荷、长寿命状态下的 工作，并将大大提高发动机主轴轴承的寿命及可靠性，使其与发动机同寿， 有利地推动轴承工业的发展，对国家的现代化建设及装备水平的提高有着 重大意义【引。 1 2 轴承工业的发展状况 滚动轴承( 简称轴承) 是机械工业使用广泛、要求严格的配套件和基 础件，被人们称为机械的关节。它的精度、性能、寿命和可靠性对主机的 精度、性能、寿命和可靠性起着决定性的作用。在机械产品中，轴承属于 高精度产品，不仅需要数学、物理等诸多学科理论的综合支持，而且需要 材料科学、热处理技术、精密加工和测量技术、数控技术和有效的数值方 法及功能强大的计算机技术等诸多学科为之服务，因此轴承又是一个代表 国家科技实力的产品。当今世界轴承强国以欧、美、日为首，经过一百多 年的发展，在全球轴承市场的高端产品中占据着绝对的优势【7 l 。 新中国建立前，轴承制造业几乎是一个空白的领域，基本上依赖轴承 进口来满足机械设备配套和维修的需要。在新中国成立以后，我国现代轴 承工业开始发展起来，特别是改革开放3 0 年来，我国轴承工业已形成门类 齐全、具有相当规模和一定水平的独立产业体系，形成了持续、快速、稳 健发展的局面。目前，虽然我国的轴承工业在产业经济规模上已居世界轴 2 k q 第1 章绪论 承总量的第三位，但在产品精度、技术水平等方面的整体水平与世界先进 的轴承行业还有很大的差距【剐。主要表现在以下几个方面： 1 、我国轴承行业生产不集中。世界8 大跨国公司的轴承销售额占全世 界4 0 0 亿美元的轴承销售额的7 5 - - - 8 0 。从本国家内部的轴承销售集中 度来看，德国仅两大公司就占其全国总量的9 0 ，日本5 家占其全国总量 的9 0 ，美国1 家占其全国总量的5 6 。而我国哈轴、瓦轴、洛轴等7 家 年销售额1 0 亿元以上的轴承企业，销售额仅占国内全行业的2 8 3 。 2 、我国轴承行业研发和创新能力低。由于大多数企业在创新体系的建 设和运行、研发和创新的资金投入、人才开发等方面仍处于低水平，加上 面向行业服务的科研院所走向企业化，国家己没有对行业共性技术研究的 投入，从而削弱了面向行业进行研发的功能。因此，全行业“两弱两少”突 出，即基础理论研究弱，参与国际标准制定力度弱，少原创技术，少专利 产品。当前，我们的设计和制造技术基本上是模拟，几十年一贯制1 9 j 。产品 开发能力低，主要表现在：虽然对国内主机的配套率达到8 0 ，但高速铁 路客车、中高档轿车、计算机、空调器、高水平轧机等重要主机的配套和 维修轴承，基本上靠进口。 3 、产品水平低，质量不稳定。受技术水平、工艺装备及检测手段的 限制，目前国外凭借更为先进的科研、生产和管理技术，轴承产品水平遥 遥领先我国。如在高、精、尖的轴承方面，国内的精密轴承合格率为9 5 ， 国外为9 8 ，国外已经批量生产z 3 组轴承，而国内仍徘徊在z 2 组。 4 、工艺装备落后，制造水平低。我国轴承工业制造工艺和工艺装备 技术发展缓慢，车、磨加工技术水平和设备精度低，大多数企业，尤其是 国有老企业中作为生产主力的仍然是传统设备。另外，即使是在轴承加工 的重要设备中，具有国外八十年代水平的也仅占1 4 ，其余的设备只有国 外七十年代以前的水平，这些严重阻碍我国轴承工业的发展【1 0 l 。 3 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 与国内同行业相比，近几年来，我们公司的轴承制造技术拥有了一定 的先进性，具备生产提寿轴承的条件。因为我们目前具有先进的加工设备 和科学的制造方式，而且已经有自己优等的轴承。 一、加工、检测设备 1 、切削加工设备 先进的切削加工设备主要有数控车床和三轴联动加工中心以及立式 钻、铣加工中心。 2 、磨削加工设备 1 ) 德国的高精度数控双端面磨床，该设备具有主动测量功能，尺寸控 制准确，并采用c b n 砂轮，磨削性能好，表面质量高。由于该设备不使 用磁力吸盘，可以完全消除工件因热处理而产生的弯曲变形，因此能为后 工序提供高精度的加工基准。 2 ) 瑞士四轴联动万能磨床；瑞典利雪平机床公司生产的数控内圆磨 床、数控外圆磨床、数控无心磨床；德国的数控超精研机等。 3 、检测设备 三坐标检测仪和泰勒仪等都具有先进的检测功能和极高的检测精度， 保证轴承的质量。 上述设备具有高效率、高质量、高精度、高性能的特点，这说明我们 的加工能力已经达到世界先进水平。 二、制造方式 目前采用科学的设计、生产、管理模式，在很大程度上改变过去那种 设计- 生产_ 低产出一纠错_ 改进设计_ 再投产的制造模式，取而代之的 是设计( 做d f m e a ) 一评审防范( 做p f m e a ) 一样件_ 纠错投产的制造 模式。 这种制造模式降低了轴承制造成本，提高了顾客满意度。 4 k q 第1 苹绪论 现在，我们生产的产品与俄罗斯同类轴承相对比，轴承零件在滚道圆 度、壁厚差、波纹度等指标方面已达到或接近俄罗斯同类轴承，而在锥度、 粗糙度等指标方面优于俄罗斯同类轴承，轴承寿命和性能均达到设计要 求。 1 3 主要研究内容 为满足发动机主轴轴承9 0 0 小时寿命的要求，将轴承加工的关键考核 指标提升到更高的台阶。主要研究内容包括保证4 0 c r n i m o a 保持架正常加 工并提高制造精度；提高低碳耐热钢套圈的车削、磨削精度，从而提高套 圈的制造精度。 制订合理的更适合分厂加工现状的工艺路线，选择合理的刃具材料及 其参数、保证刃具合理。选择适宜的加工设备，设计结构和定位精度合理 的工装，保证加工精度和外观质量。 1 4 本课题的主要工作 通过一系列的研究和试验工作，反复推敲、探索，以确定合理生产发 动机主轴轴承部件的加工方法，保证实现轴承既定的提寿目标。 本课题重点完成以下工作： 1 进行保持架样本加工试验，根据在现有加工条件下4 0 c r n i m o 材料保 持架所体现出的加工特点，做好如下工作：合理安排工艺路线，使工艺路 线趋子合理化；为保证保持架加工精度和外观质量，选择刃具材料，细化 刀具参数，优化刀具结构，保证刀具合理；合理选择加工设备，针对设备 设计工装。 2 进行低碳耐热钢轴承套圈样本的车、磨削和热处理试验，结合加工特 点做如下工作：确定工序问切削留量，合理安排工艺路线，制定出完善的 工艺；选择合理的刃具和磨料；选择优等的加工设备。 5 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 第2 章轴承套圈的加工 2 1 套圈的车削加工 套圈切削加工中常见的方法有：车削、铣削、钻削、铰削、镗削、磨 削、精研、超精研等【1 1 】。对于套圈的倒角、油沟、密封槽、非工作表面的 挡边等许多表面都是由车加工最终完成，可见，车加工质量对成品套圈的 质量有很大影响【1 2 1 。 常用的套圈毛坯有锻件、棒料、管料三种形式，目前生产主轴轴承套圈 时，毛坯选择棒料和锻件。一般在软磨之前的加工为投料加工，主要是加 工两端面、外径、内径( 滚道) 及部分倒角等，软磨后还要做进一步加工， 一般到热处理，车加工基本完成。结合常规的加工经验，以不同的毛坯类 型为例，来分析相应的车削加工过程。当套圈成品内径 3 0 m m 且套圈成品外径 5 2 m m 时，用锻件作毛坯。 2 1 1 用棒料车削套圈 1 备料 根据具体的加工设备对棒料毛坯备料。在自动车床上夹料机构对棒料 的尺寸变化、形状误差等有较严格的限制，因此，在车削加工前备料，即： 应先将棒料校直，粗车外圆，除去表面缺陷和脱碳层。备料尺寸见后面车 加工公差标准中的表2 1 ，棒料圆形偏差不得超过直径尺寸公差范围，长度 方向的弯曲度应在2 m m m 之内，棒长不超过4 m 1 3 】。 2 投料 投料加工应注意以下几点： 了解车床性能。 充分发挥机床和刀具的功能，简化工步。棒料投料方式见图2 1 。 6 k 龟 第2 章轴承套圈的加t 圈 库司 i _ j 成型车端面、车外圆、钻中心孔、 单轴自动车床钻孔、扩孔、镗孔、切断 软磨切断面 圆台平面磨床 圈 圈 软磨外圆 无心外圆磨床 a 单轴自动车床投料 成型车端面、车外圆、钻中心孔、 多轴自动车床钻孔、镗孔、车内角、切断 软磨切断面 圆台平面磨床 软磨外圆 无心外圆磨床 圉 b 多轴自动车床投料 图2 1 自动车床投料框图 从上面框图可以看出棒料投料加工中的几个主要特点： 整个加工过程都是在一次定位夹紧下连续进行的。 套圈的投料质量由车床和刀具的精度来保证，加工质量稳定可靠。 对多轴车床各工位机加工时间相同，辅助时间重合，生产效率高。 切除金属量大，材料利用率低。 2 1 2 用锻件车削套圈 将锻件毛坯的形状和尺寸锻造成与套圈接近的模式。用锻件投料是最 为普遍的方式【1 4 】。目前从加工效率和加工精度讲，一般采用数控车床，这 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 也是轴承车削加工的发展方向之一。在工艺方法上，一般都是两道工序完 成。第一工序完成粗车内圆和端面及内、外倒角，第二工序完成粗车外圆 和另一个端面及内、外倒角。数控车床采用硬质合金刀块，便于车削锻件 坚硬的表面层，同时加工效率高，m - r 精度比较稳定【1 5 】。 锻件投料方式见图2 2 。 数控车第一端面、内圆、 车床倒内、外角 一图 图2 2 数控车床投料框图 2 1 3 套圈的精整加工 精整加工的主要作用是：加工投料加工未能加工出来的形面；为 套圈打字或打其它标记符号。 f 。 1 精整加工的典型工序 软磨端面 所谓“软磨”就是指被加工工件在热处理之前的磨削，软磨端面工序一 般安排在套圈各种精整加工的最前面，目的是为后工序创造好的基础条件。 软磨能修整投料工序的端面缺陷，减小套圈宽度尺寸公差，端面可以很好 地为后工序定位。同时确定一个端面为非基面并在上打印标记，确定后工 序的加工基面。 软磨端面一般采用单头立轴圆台式平面磨床，为提高效率可采用双头 平面磨床，软磨结束还要进行退磁清洗及质量检查。为保证打印质量和后 工序加工的定位质量，软磨端面要严格控制套圈高度尺寸、厚度变动量【1 6 1 。 打印标记 r k 白 第2 章轴承套圈的加t 为了便于用户识别轴承，在每套轴承上都应有永久性的标志。在外圈 端面上通常打印轴承代号、制造年份代号和商标，三者间隔1 2 0 0 均匀分布 打印，在内圈端面上通常打印材料代号，打印的方式有：机械打字、激光 打字、电显打字。标记大小和位置根据可用的有效打印面积决定。 车沟道 沟道是影响轴承工作性能的主要工作表面，对质量的要求十分严格。 车沟道一般采用单功能专用车床，最好采用数控车床【1 7 1 。刀具多采用硬质 合金刀具。车削沟道时应特别注意控制套圈的沟道位置尺寸和沟摆，沟曲 率大小，形状误差，以及沟与外圆( 或内孔) 的厚度变动量，要选择设计 基准面定位夹紧，必要时分粗、精两次车削。 车油沟 加工油沟的形状、尺寸主要取决于油沟刀的形状和尺寸。传统做法是 可以采用磨刀样板来刃磨成形刀，目前随着刀具行业的发展，有多种国产 和进口的硬质合金油沟刀具，这种刀具适合在高速切削的条件下工作，车 削效果非常好，现在将车油沟工序安排在数控车床上完成【1 8 】。 车油沟时要注意控制它的位置和车削深度。油沟位置的正确度，直接 会影响到挡边位置的测量准确度。 油沟车得过深或过浅都会影响轴承质量。过深会影响挡边强度，太浅 起不到应有的作用，一般油沟深度采用样板以光隙法来测量。 2 车加工时对套圈的夹具要求 由于轴承套圈具有轴向短而壁薄、受力易变形的特点，要求套圈车加 工的夹具有以下要求：a ) 夹紧牢固、可靠；b ) 套圈变形小；c ) 定位精度高； d ) 卡爪清根；e ) 调整方便【1 9 l 。 目前基本上是用数控车床完成，通过调整夹爪的夹紧力来达到将套圈 夹紧，对于壁薄的中大型轴承套圈，要将夹爪制作得宽一些，使夹爪与套 9 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 圈的接触面积尽可能大，达到减少变形的效果【2 0 1 。 2 1 4 套圈通用工序的车加工公差标准 根据生产现状和生产经验，我们设计了车加工公差标准，将套圈加工 通用工序的车加工标准做如下规定。 1 棒料备料 棒料备料尺寸见表2 1 。 表2 1 棒料备料尺寸单位：m m 成品外径( 内夕一径) 基本尺寸备料量 大于到单轴自动车床六角车床多轴自动车床 43 0 0 8 1 0 。0 8 0 0 1 3 05 2 0 9 0 - o 11 5 1 0 ， 0 9 0 - o 1 2 切断刀宽 切断刀宽尺寸见表2 2 。 表2 2 切断刀宽单位：m m 投料设备单轴自动车床六角车床多轴自动车床合锻件 刀宽 2 o2 52 o2 8 3 钻孔量 钻孔量见表2 3 。 表2 3 钻孔量单位：m m 投料设备单轴自动车床六角车床多轴自动车床 钻孔量 o 4 21 5 3 0 6 0 + o 2 4 粗车锻件端面 粗车锻件端面的留量与公差见表2 4 和图2 3 。 1 0 矗 | 第2 章轴承套圈的加r ： l i i c v n 争子l 图2 3 粗车锻件端面 其中：& 一成品端面宽度基本尺寸 b 1 一细车一面宽度基本尺寸 b 广细车二面宽度基本尺寸 b 3 _ 粗车一面宽度基本尺寸 b 一一锻件端面宽度尺寸 表2 4 粗车锻件端面留量单位：r a m 基本尺寸偏差 b 3b 4 0 5 0 5 b 2 ( b + b 4 ) 2 o 3 b 1b + 磨工留量细车公差 5 粗车锻件外径( 内外径) 粗车锻件外径( 内外径) 的留量与公差见表2 5 。 表2 5 粗车锻件外径( 内外径) 的留量与公差单位：m m 成品外径( 内外径) 基本尺寸 粗车 大于到 1 8 0 2 o f 1 8 02 5 0 2 5 7 1 1 哈尔滨t 程大学硕+ 学位论文 6 粗车锻件内径( 外内径) 粗车锻件内径( 外内径) 的留量与公差见表2 6 。 表2 6 粗车锻件内径( 外内径) 的留量与公差 单位：m m 成品内径( 外内径) 基本尺寸 粗车一 粗车二 大于到 5 0 19 0 _ l 一一0 3 5 01 0 0 1 8 1 5 1 。， 1 0 01 5 0 1 8 1 0 5 1 5 02 0 0 99 0 一0 5 7 粗车锻件外滚道 粗车锻件外滚道的留量与公差见表2 7 。 表2 7 粗车锻件外滚道的留量与公差单位：m m 成品外径基本尺寸粗车 大于到球轴承滚子轴承 1 2 0 1s o 1 6 0 0 ，工。一一0 5 1 2 0 2 1 5 2 0 0 0 5 ，9 0 一一一0 5 2 1 52 5 0 5 0 2 6 0 0 8。一一0 5 8 粗车锻件内滚道 粗车锻件内滚道的留量与公差见表2 8 。 表2 8 粗车锻件内滚道的留量与公差单位：m m 成品外径基本尺寸粗车 大于到球轴承滚子轴承 8 0 1 8 32 o 3 8 01 2 0 2 0 0 * o 52 0 ；o 5 1 2 01 8 0 2 2 0 * o 82 8 0 + 0 8 1 2 q 第2 章轴承套圈的加1 二 2 2 套圈的热处理 套圈车削加工完成后，则要进行热处理。 当铬轴承钢加热到下临界点下限“，点时，珠光体开始向奥氏体转变， 当加热到下临界点上限以点时，珠光体全部转变成奥氏体，如图2 4 。以 的高低是编制套圈热处理工艺的重要依据。轴承套圈热处理工序有正火、 退火、回火、附加回火及冷处理等【2 1 1 。 温度 1 乒卜n 弋、 m n mn 八厂 厂、厂厂八八厂八八八r 装麟菪 ，心 7 ， | 。| j 1 奥氏体 奥氏体+ 碳化物 珠光体+ 碳化物+ 奥氏体 珠光体+ 碳化物 图2 4 轴承钢加热时的组织状态 2 2 1 套圈的正火 1 正火的意义 正火的意义在于达到以下目的：a ) 消除网状碳化物及线条状组织。网状 碳化物及线条状组织留在成品套圈组织中，会降低轴承的疲劳强度和冲击 刃性；b ) 返修退火的不合格品。退火产生的粗大片状珠光体，如果直接用再 次退火的办法消除，将造成粗大碳化物，必须先经过正火消除过热组织后， 1 3 哈尔滨l 程大学硕十。；乏位论文 再进行第二次退火；c ) 能满足有些轴承要求的轴承抗回火性能。进行正火， 而后退火，可以得到极细的珠光体组织，这种组织淬火后硬度高、抗回火 性能好【2 2 】。 2 正火工艺 正火工艺的原则是选择加热温度及冷却方法。常见的轴承钢正火温度 见表2 9 。 表2 9 常见轴承钢正火温度 l 正正 i 。久 i 火 消除不太粗的网 涩 目 消除粗大网状 状碳化物或返修细化组织 f 碳化物 退火 群n g c r l 59 3 0 9 5 09 0 0 9 2 08 9 0 , - - - , 9 0 0 g c r l 5 s i m n9 1 0 9 4 08 8 0 9 1 08 7 0 8 9 0 2 2 2 套圈的退火 把钢加热到下临界点4 。以上或略低于4 。的温度，保温一段时间后冷 却下来，这个过程叫退火。退火基本形式是球化退火，退火的种类为低温 退火、一般退火、等温退火、快速退火。 1 退火的意义 获得均匀分布的细粒状珠光体； 把硬度降低到最有利于切削的加工范围，( g c r l 5 ) 硬度可在h b l 7 0 - - 一 2 0 7 和( g c r l 5 s i m n ) 硬度可在h b l 7 9 - - 一2 1 7 。 2 退火工艺 各类退火工艺见曲线图2 5 。 1 4 q 第2 章轴承套圈的加t 温度 ( ) 温度 ( ) a 高温退火 时间( h ) 温度 ( ) b 等温退火 时间( h ) 出炉 c 一般退火 时间 d 快速退火 眵间h ) 图2 5 各类退火工艺曲线 2 2 3 套圈的淬火 将钢加热到临界点4 。以之间某一温度，保温一段时间，然后快速 冷却的热处理过程叫淬火。 1 淬火的意义 轴承钢淬火的意义是获得隐晶或细小结晶的马氏体、细小而分布均匀 的碳化物及小量残余奥氏体所组成的显微组织。 2 淬火工艺 淬火工艺可用曲线图2 6 所示。淬火时，最重要的参数是温度和保温时 哈尔滨工程大学硕十学位论文 问，可参考表2 1 0 选择。 温度 ( ) 图2 6 套圈淬火工艺曲线 表2 1 0 淬火温度和保温时间的选择 时间( h ) 钢种 g c r l 5g c r l 5 s i m n 套圈有效厚度 2 o3 56 09 01 21 51 82 1 ( n m ) ，、，、 ，、一，、一 ，、一 2 03 56 09 o1 21 21 51 82 12 5 淬火加热温度 8 3 5 8 4 0 8 4 58 5 08 5 58 2 08 2 58 3 08 3 5 8 4 0 ( ) 8 4 0 8 4 58 5 08 5 58 6 08 2 58 3 08 3 58 4 0 8 4 5 保温时间 56791 41 41 61 82 02 4 ，、一，、- ， ，、一 ，、， ，、一，、一 ，、，、 ( m i n ) 7 81 01 21 51 61 82 02 42 6 2 2 4 套圈的回火 将淬火钢加热到临界点“，以下的某一温度，保温一段时间后冷却至室 温的热处理过程叫回火。 1 回火的意义 轴承钢回火的意义是：减轻淬火内应力，防止套圈开裂；稳定组 织，达到稳定尺寸的目的；当硬度略微降低时，大大提高套圈组织的韧 性，获得良好的机械性能【矧。 1 6 4 第2 章轴承套圈的加t 2 回火工艺 2 1 1 。 回火工艺可用曲线图2 7 表示。回火温度和回火温时间的选择可参考表 温度 ( ) 时间( h ) 图2 7 轴承套圈一般回火工艺曲线 表2 1 1 回火温度和回火温时间 名称精度等级回火设备回火温度回火时间h 一般品油炉或电炉1 5 0 1 7 02 5 3 中小型套圈 c 级、b 级油炉1 5 0 1 7 03 5 4 大型套圈一般品电炉1 5 0 1 6 06 1 2 2 2 5 套圈的附加回火 在磨加工之后，进行附加回火，可以进一步稳定组织，提高套圈精度 稳定性。附加回火的方法是用低于原回火温度2 0 3 0 的温度再次回火。 附加回火的保温时间在3 h 以内，附加回火的保温时间和回火次数，是 按照轴承精度等级和零件尺寸来选择的【2 4 】。 2 2 6 套圈的冷处理 所谓“冷处理”，就是将工件淬火冷至室温后，立即放置在低于室温的 环境下停留一定时间，然后取出至于室温中。停留时间以不超过3 0 m i n