圆形焊接轴承成形车刀设计与应用

作者：bearingpower        发表时间：2010-12-12

圆形焊接轴承成形车刀设计与应用 成都工具研究所 一．前言 目前国内轴承厂发展迅猛，特别是江浙一带的民营企业及一些外资、独资企业，因为国内原材料如钢材价格低及人力资源丰富且廉价，发达国家纷纷把粗加工（主要是车削加工）放到我们国内，并大量采购车加工件，因此国内的轴承加工企业蒸蒸日上。轴承套圈车加工序主要完成密封槽、滚道槽的加工，其中密封槽局部尺寸图如图1所示。由于局部尺寸小，无法采用数控工艺，因而大多采用成形刀具加工。 图1 轴承套圈结构图 这些企业以前在满足国内市场时，产品质量要求不高，因而刀具大多使用手工磨削或线切割刀具，如图2所示（以加工密封槽为例）。但在面对国外客户要求时，暴露出一些新问题，因出口产品的对精度和表面粗糙度的要求高，特别是防尘刀具，属于精加工，后序无法处理，自制刀具已满足不了要求。必须使用高精度成形刀具槽，我所根据客户要求，开发出符合要求的刀具，这种刀具主要采用高精度外圆缓进给磨床并制备相应的成形砂轮加工。 图2 厂家自制刀具 二．刀具的设计与制作 刀具设计包括刀具外形结构尺寸设计、刀具齿形部分修整计算，刀具制作过程主要包括关键工艺过程研究。 1．结构设计 针对轴承套圈形状尺寸的加工要求，设计出如下尺寸刀具（图3）。 图3 我所设计的成形刀具 设计采用圆体式焊接车刀（此种圆体车刀可多次重磨），刀头部分采用适合轴承钢加工的硬质合金材料。其中，ΦD1必须小于套圈最小孔径，ΦD2、L1、L2必须符合厂家安装尺寸要求。 2．加工角度参数的选择及齿形修正计算 刀具在使用时，为了方便排削，取刃倾角Rs=10°（见图3），另根据加工条件状况及过去经验，取加工时前角RP=7°, 后角AP=7°（见图4）， 其中，以某厂某种型号为例（密封槽加工最大外径φ35.87）,我所刀具半径ΦD2=φ23，R=11.5, 若取后角为AP=7°此时可计算出刀具安装高度差H，见公式1： H=RsinAP=11.5sin7=1.4 （1） 加工时的前角为图4中的RP，如取RP=7°，此时刀具开刃前角为P=θ+RP，其中θ=AP，所以P=14°，此时刀具前刀面修磨高度差h，见公式2： h=R*sinP=11.5*sin14=2.78 （2） 齿形部分根据带刃倾角成形刀具设计[1]，按实际角度修正计算齿形，并制作相应的成型砂轮。并按以上关系，根据设定好的参数修磨好刀具，就可以保证尺寸精度。 图4 刀具开刃示意图 3．关键工艺过程 （1）.焊接 厂家自制刀具多采用高温铜焊，焊接温度高，合金刀头应力大，裂纹情况居多。加工时容易产生崩刃，裂纹等破损情况，据统计比例占到50%以上。我们采用了高频低温焊接的工艺，有效的避免了以上情况，焊接裂纹的比例不到2%。 （2）.磨削加工 刀具设计完成后，主要工艺是成形磨削这道工序，因为刀头部分是硬质合金，必须采用金刚石砂轮。同时，砂轮形状必须按照尺寸要求(其具体制作过程略)。在磨削过程中，主要是合金的崩刃和散热问题。因为缓进给磨床可以调整进给速度，因此掌握合适的磨削参数可以有效降低磨削中产生崩刃、裂纹等情况，实际加工中采用砂轮主轴转速2800转/分，每秒进给0.1mm，工件转速120转/分，同时加工过程中要采用水冷却。为了保持砂轮的形状，可分为粗、精磨两道工序，精磨留少许余量（0.1~02），这样在大批量生产中可有效防止精度砂轮的多次修整。 三．刀具性能对比 厂家采用原结构刀具，首先焊接上多采用高温铜焊，温度高，刀头应力大，裂纹情况居多，另外实际使用中，表面粗糙度差，尺寸分散性大，同时因为表面采用线切割加工，易产生锯齿崩刃，刃磨一次平均耐用度为100个套圈(以某厂6203型号为例)，且刀头重磨次数少。 采用我所生产的刀具，尺寸精度高，表面粗糙度好，可多次重磨，加工同型号套圈刀具刃磨一次平均耐用度为800个。套圈耐用度对比结果如下表(以6203型号为例)： 尺寸精度(mm) 单次刃磨加工件数 重磨次数 总计耐用度(个) 价格(元) 性价比 (个/元) 某厂自制 ±0.05 100 10 1000 12 83 我所制 ±0.02 800 25 20000 100 200 从上表可以看出，我方刀具不但提高了尺寸精度，从±0.05提高到±0.02，同时单位人民币可加工的工件数（性价比）由83个提高到200个左右，改善比较明显，为客户有效降低了成本。 四．结束语 我所设计制作的圆形焊接成形刀具，从1999年推出以来，因其高精度、高性价比等受到很多轴承厂家的欢迎，不但为厂家节约了成本，提高了效率，赢得了大量的外贸订单，同时也为我所创造了良好的经济效益，此类产品至今累计销售收入100多万元。 参考文献: 1.罗勇. 带刃倾角成形刀具设计.工具技术,1995(5).