铁路货车圆锥滚子轴承内圈及油沟车加工工艺优化

摘要：针对铁路货车圆锥滚子轴承原加工工艺存在内圈单一平面内径变动量、内圈平均内径变动量、滚道单一平面直径变动量超差以及油沟形状不合格的问题，分析其主要原因为套圈材料易变形，刀具及其安装不合格。通过选用数控设备，优化内圈油沟加工工艺，使用非标及标准刀具加工等措施进行改进：内圈单一平面内径变动量由0.11mm降低至0.07mm，内圈平均内径变动量由0.09mm降低至0.05mm，滚道单一平面直径变动量由0.11mm降低至0.06mm，内圈加工精度满足要求，油沟合格率明显提升，且工艺流程缩短。关键词：滚动轴承;铁路货车轴承;圆锥滚子轴承;内圈;车削;形状公差铁路货车轴承大量采用无轴箱方式安装,直接暴露在自然环境中,运行环境恶劣。为保证铁路货车轴承正常运转,满足8年或80万公里(以先到者为准)的使用要求[1-2],对轴承材料、加工、热处理、装配使用各环节提出了苛刻要求。虽然目前铁路货车圆锥滚子轴承内圈制造工艺已十分成熟,但随着技术的进步,加工方法及流程均可进一步优化,因此,主要针对内圈车削加工工艺及油沟形状改善进行优化和分析。1常规加工方式及存在的问题以352226X-2RZ铁路货车内圈为研究对象,材料为G20CrNi2MoA渗碳钢,为提高轴承寿命,油沟设计为窄、小结构,且要求底部圆滑过渡,如图1所示。该类轴承内圈加工通常采用液压SY125,C7620,SY144半自动多刀车床等,油沟加工选用焊接刀具(基体为普通材料,工作部分材料为YT15),先按照标准制作油沟样板,再按照样板进行油沟磨削加工。内圈加工工艺流程为：粗车内径面、大端面及倒角→粗车大小外径面、挡边、小端面及倒角→精车内径面、大端面及倒角→标识→粗车滚道及挡边→精车滚道、挡边、大小外径面、小端面及倒角→车大小油沟→倒大端面内、外角。该加工工艺主要存在以下问题：

图1油沟结构示意图Fig.1Structurediagramofoilgroove1)内圈单一平面内径变动量、内圈平均内径变动量以及滚道单一平面直径变动量大于0.10mm的(工艺要求不大于0.09mm)比例约为75%。2)部分油沟形状、曲率不符合图纸要求,如图2所示;同时,油沟中还会出现积屑瘤,不合格率约为3%。为保证产品质量,需进行返工处理,费时费力。(a)大端切片投影图(b)小端油沟轮廓检测图图2改进工艺前加工的油沟Fig.2Oilgroovesprocessedbeforeimprovementofprocess2原因分析1)因前期高可靠性、高精度、高效率、高综合切削性能设备少或没有,对员工技能要求高,因此只能将复杂工序拆分成多工步,使每工步加工简单。多次装夹,车削量不稳定等因素导致内圈加工精度低。2)内圈材料为G20CrNi2MoA渗碳钢,材料塑性高、硬度低,在车削过程中金属变形大,易产生积屑瘤。3)人工磨削刀具后,使用磨刀样板与其进行对比检查,发现存在圆弧、断削槽大小不一致,角度不合格的情况。检查完成后进行安装,以加工好的产品为样件进行校对,再通过螺钉锁紧刀杆,刀具在该过程中易出现移动,从而使加工的油沟位置不合格,导致大挡边与滚子接触面长短不一,滚道面有“筋”,进而影响产品后序加工或寿命。3改进措施为提高内圈及油沟加工精度,选用某厂高可靠性、高精度、高效率、高综合切削性能的CK7150A数控设备进行加工[3],加工示意图如图3所示,改进后的工艺流程为：粗车外径面、大小挡边面、小端面及倒角→粗车、精车内径面、大端面及倒外角→精车滚道、小端面、大小挡边面、大小油沟及倒角→标识。图3油沟加工示意图Fig.3Processingdiagramofoilgroove大端油沟刀具设计为夹角30°,尖角曲率半径为0.9mm的专用刀,如图4所示;小端油沟选择DNMG150412标准刀,通过走行程的方式完成加工。选择适合高速、高温、切削性能好的钨钴钛类(YT)硬质合金作为基体,使用化学气相沉积(CVD)的涂层方式在其表面涂TiN+Al2O3难熔化合物,以增加刀具的加工精度及耐磨性。采用可转位机夹式,不可刃磨。为减小切屑变形以及切屑与前刀面的摩擦,增加刀具的锋利程度,结合工件材料,选择10°的正前角;为减小刀具与工件的摩擦,使其易于排屑,选取0°的后角[4-5]。图4大端油沟加工专用刀结构Fig.4Specialtoolstructureforlargeendoilgrooveprocessing选择实心钢制刀杆,安装、调试后不再拆卸,每次只需更换刀具即可;为避免车削过程中出现振动,采用25mm×25mm的刀杆;根据密封槽相对端面的位置及刀杆夹紧位置,选择长度150mm的刀杆;采用销钉+压板的方式;刀具下设有刀垫进行减振[6-7]。4实际加工效果为了验证新工艺是否能达到预期效果,进行了6批次试验,检测加工后内圈的各项技术指标,结果见表1。为验证加工后油沟形状是否满足要求,同样进行了6批次试验,检测油沟形状是否合格,结果见表2,油沟形状如图5所示。表1改进加工工艺后内圈的各项技术指标Tab.1Varioustechnicalindicatorsofinnerringafterimprovementofprocessingtechnology表2油沟加工试验数据Tab.2Testdataforoilgrooveprocessing(a)大端切片投影图(b)小端油沟轮廓检测图图5改进工艺后加工的油沟Fig.5Oilgrooveprocessedafterimprovementofprocess由表1和表2可知：1)采用改进工艺加工的内圈单一平面内径变动量、内圈平均内径变动量以及滚道单一平面直径变动量在0.05～0.06mm之间,满足工艺要求,且缩短了加工周期。2)采用改进工艺加工的油沟形状良好,无毛刺或积屑瘤,R角过渡圆滑,油沟合格率明显提高,满足了油沟加工要求。根据经验值及试验数据,设备转速控制在350～850r/min,进给量控制在0.08～0.35mm/r,加工质量、效率最佳。5结束语截止目前,采用改进工艺加工的铁路货车圆锥滚子轴承