轴承-关于降低中小型深沟球轴承

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

被轴承制造业内人士称之为长青树的深沟球轴承，以其量大面广，一直居于十大基本轴承类型之首，产量占到轴承生产量的70%左右。由于一套标准的深沟球轴承，仅是外圈、内圈、保持架、滚动体等四大件组合而成，其产品的设计开发早已实现了标准化、统一化和公开化。标准的深沟球轴承生产已不存在产品的设计、开发、研制的费用支出，生产厂家只需购进专用车磨设备就可以生产标准的深沟球轴承成品套圈，可购进标准的钢球、保持架，可随时随地组装属于自己品牌的深沟球轴承，同时在深沟球轴承流量市场中又有各种档次不同品质的产品需求，在一定程度上抛开价格因素，一个企业只要具备了深沟球轴承的生产能力，就可能在流通市场上找到适合自己的消费群体。也就是说任何企业无法真正对深沟球轴承的生产和营销进行垄断，只能在其中一个阶段略领风骚，因此在深沟球轴承的竞争中，以高、精、低噪音的产品进军家电、电机、摩托车、汽车等主机市场竞争激烈，把握流通领域的销售走向是每个企业所追求的目标。目前，相当多的企业依靠人工从大批量的产品中分选高精度及低噪音轴承的方法，已远不能适应市场对深沟球轴承自身品质和价格的要求。因此，为了实现企业成批生产经济性的高品质、低噪音深沟球轴承的目标，本文就深沟球轴承在磨加工的工艺流程和工序间技术条件等诸方面，提出一些看法。　　对目前降低深沟球轴承振动值的一些作法的认识　　（一）目前轴承的加工行业对深沟球轴承振动影响因素的认识　　经国内外研究专业机构的大量实验所得出的结论性意见是：　　1、钢球、内、外套圈、保持架工作表面的尺寸公差、形位公差、表面质量都将影响和产生轴承的噪音值。　　2、保持架、套圈和钢球三种组成深沟球轴承的主要零件对轴承振动的影响程度是1：3：8的关系。　　3、轴承套圈外内沟道和钢球的波纹度对深沟球轴承振动的影响程度是1：2：5的关系。　　4、轴承套圈对轴承振动值影响的主要因素有沟道圆度、波纹度、表面粗糙度、沟曲率、沟道表面磕碰伤，其中影响最为严重的是沟道波纹度和表面粗糙度。　　（二）为降低噪音值企业所采取的一般作法　　1、大幅度的提高工序间技术条件要求，一般由P6级提高到P5级乃至P4级的技术要求，以确保工序间加工的轴承零件有足够的精度储备。　　2、大幅度增加零件的加工次数和遍数，如沟道分粗、细、精三遍磨削，沟道超精采用四遍超等方式。　　3、采用高精度的部件，直拌采用G5级成品球，降低钢球对振动值的影响等方法。　　4、从大批量产品中挑选符合要求的产品。　　（三）对这些做法的粗浅看法　　1、增加了工序间加工产品的难度，产品的一次合格率降低，对操作者的操作技能要求提高。　　2、增加了加工成本，不利于产品在市场流通领域的竞争。　　3、应根据产品振动的成因对加工方式进行适当的增减，获取最大的效益。　　对目前深沟球轴承套圈加工流程提出改进意见　　（一）现有的套圈磨加工工艺流程安排　　1、外圈：平面端面磨削?外径磨削?外沟磨削?外沟粗超精?外沟精超精；　　2、内圈：平面端面磨削?内沟磨削?内径磨削?内沟粗超精?内沟精超精；　　（二）改进后的磨加工工艺流程安排　　1、外圈：平面端面磨削?平面精研?外径磨削?外径精研?外内径磨削?外沟磨削?外沟细超精?外沟精超精；　　2、内圈：平面端面磨削?平面精研?内外径磨削?内沟精削?内径磨削?内沟细超精?内沟精超精机；　　（三）改进磨加工工艺流程的理由　　1、平面精研工序的设备　　①减少平面磨削的压力和降低操作者自身的操作难度。　　②由此带来的平面精研效率低的问题，采用端面砂轮精研和对研磨产品的高度有效期进行分组来解决。　　③提高了轴承套圈平面定位基准的精度，降低套圈加工过程中内外套圈沟道对基准端面的位置差，内外套圈的沟道对基准面的平行差，使内外套圈基准端面对内外径的圆度跳动等的实际数值及测量难度降低。　　2、外径精研工序的设置　　①减少外径磨削时对机床要求精度过高并降低操作者自身操作难度。　　②提高轴承外径定位精度，降低外径圆度和误差对外沟磨加工时对外径圆度与波纹度的影响。　　③因采用油石精研既可提高加工效率又可保证产品的外观质量。　　3、外内径磨加工工序的设置　　①提高外径与内径之间的同心度，降低因上工序残留表面造成产品内部质量不均衡，而造成的回转重心偏置引起振动的可能性。　　②减少外内径在装配钢球时对钢球划伤的可能性。　　③提高轴承成品外观的美化和加工表面的一致性。　　4、内外径磨加工工序的设置　　①提高内径与内外径之间的同心度，降低因上工序残留表面造成产品内部质量不平衡，而造成回转重心偏置引起振动的可能性。　　②减少内外径在装配钢球时对钢球划伤的可能性。　　③提高轴承成品外观的美观和加工表面的一致性。　　深沟球轴承降低振动值时提高工序间技术条件控制方式的侧重点　　（一）平面工序（含内外圈）　　1、现平面工序所控制的技术项目　　①套圈高度尺寸；②套圈平行差；③弯曲度；④端面粗糙度及外观　　2、本工序工艺控制的侧重点和基本要求及原因：套圈基准端面的平行差　　端面不仅是轴承加工的定位基准，而且是轴承成品检测及使用的基准端面。如果采用平面精研方式加工就可容易的满足项目要求，建议中小型深沟球轴承端面平行差控制在0.0015~0.003mm之间。　　3、其余项目技术要求内容按产品需要的等级要求。（二）外径工序　　1、现有外径加工工序所控制的技术要求项目　　①外径尺寸；②外径锥度；③外径椭圆；④外径垂直差；⑤外径棱面度；⑥外径圆度；⑦外径粗糙度及外观。　　2、本工序工艺控制的侧重点和基本要求及原因　　①外径圆度。减少圆度的误差，一般要求圆度误差值在1.~1.5um，减少外沟磨削的加工时对外沟径圆度的影响。　　②外径棱面度的控制，以减少外径棱面度对外沟波纹度的影响。　　③外径棱数的控制，以避免产品钢球倍数的棱数的出现，若反映在外沟磨削表面易使产品在回转中产生谐振。　　3、其它项目的技术要求，按产品实际要求的精度等级要求。　　（三）内外沟磨加工工序　　1、现有内外沟磨加工工序所控制的技术要求项目　　①内外沟径尺寸；②内外沟摆；③内外沟位置差；④内外沟曲率；⑤外沟道对外径的壁厚差；⑥内外沟径圆度；⑦内外沟径椭圆；⑧内外沟烧伤、粗糙度及外观。　　2、本工序工艺控制的侧重点和基本要求及原因　　①内外沟径尺寸：现有工艺尺寸一般都控制在±0.015mm的范围之内，有时企业将这项指标作为修旧利废的手段之一，依靠内外套及钢球的尺寸变化来保证成品游隙的合格，但这样就无法控制保持架在铆合后钢球的径向窜动量，人为的扩大了保持架的窜动量来使轴承回转，将直接影响轴承的振动量。建议将沟径尺寸控制在±0.01mm左右，如有批量返工产品的需要订制保持架。　　②内外沟摆：由机床工件主轴的轴向跳动及轴承外套圈的平行差所决定，其反映在成品轴承的内外端面跳动的大小和轴承滚动体的运动轨迹在轴向的变动量，是反映成品轴承旋转精度的重要指标之一。虽然不是一比一反映在轴承径向跳动方面，但也是影响振动的不同避免的原因之一。因此，内外沟摆差属需要严格控制的指标之一。　　③内外沟位置差：现场控制外沟道对端面的对称度，控制范围在0.04~0.06mm因考虑到超精时，保证超精油石沟曲率形状在相对小的范围内变化，以提高超精后的质量。避免重复超精降低生产率和合格率，在外沟采用切入成形磨削的前提下，将外沟位置差，现场使用沟道位置标准件，比较法检验控制内外沟中心对基准端面的位置变动量在0.02mm以内。　　④内外沟曲率：基于上述同样的目标，保证产品超精后的曲率变化要在统一的范围之内，将现有0.06~0.08mm的曲率公差值，压缩在0.02~0.03mm之间。　　⑤外径圆度（及椭圆度）：一般情况下外径的圆度、椭圆度都会反映到外沟道表面上，在控制外沟径圆度的基础上（椭圆是人工测量方法）主要应控制外沟道表面的波纹度应大于钢球的倍数。杜绝可见振纹的出现。　　⑥外沟道对外径的壁厚差：因采用无心夹具和外径定位，控制该项指标较为容易。如采用圆弧浮动支承，不仅可保证外沟壁厚差而且可避免支承面的划伤，但圆弧支承造价高且需要较高的调整水平，一般支承角控制在95°~115°之间，支承偏心量控制在0.14~0.25mm。　　⑦内外沟道表面粗糙度：粗糙度是影响轴承振动的主要原因已得到大家的共识，一般企业在提高内外沟粗糙度上采取了宁高勿低的态度，尽量加大砂轮的硬度并提高砂轮转速，易使加工设备产生的系统振动反映在轴承沟道表面而产生振纹和烧伤。因此建议沟道磨削后的表面粗糙度Ra值控制在0.32~0.25μm之间。　　3、其它项目的技术条件按其产品等级要求。　　（四）内径磨加工工序　　1、现有内径磨加工工序所控制的技术要求项目　　①内径尺寸：②内径椭圆；③内径锥度；④内径对内沟的壁厚差；⑤内径垂直差；⑥表面粗糙度及外观。　　2、本工序工艺控制的侧重点和基本要求及原因　　①内径对内沟的壁厚差：因采用无心夹具支沟磨内径，壁厚差控制较为容易，又因内沟径尺寸控制在0.01mm左右不会影响支承的偏心量的变化，为避免支沟磨内径时支承对内沟表面的划伤，建议采用圆弧支承，支承角选择9.5°-11.5°，支承偏量控制在0.14~0.25mm之间。　　3、其它技术要求，按产品要求精度等级的内容执行。　　（五）内外沟道超精　　1、现有内外沟道超精工序所控制的技术要求项目　　①内外沟径尺寸；②内外沟摆；③内外沟壁厚差；④内外沟位置差；⑤内外沟曲率差；⑥内外沟径圆度误差；⑦内外沟径波纹度；⑧内外沟粗糙度及外观。　　2、本工序工艺控制的侧重点和基本要求及原因　　①内外沟径的圆度误差 由于使用超精油石可改善20~30%的磨削沟径圆度误差，为达到轴承振动值的基本要求，在超精中必须确保沟道磨削时所使用过的端面定位基准，减少二次定位引起的沟位置的变化而引起超精后的沟曲率的变化。　　②内外沟径的波纹度 应重点考核和检验波纹度达到工艺要求（圆度值的1/10左右）时，注意检验的沟道表面最终棱数不应等于成品轴承钢球数的倍数。　　③内外沟道的表面粗糙度 要求在细超精时要获得工艺要求的表面粗糙值，不允许出现超精瘤、砂轮花及长短不一的丝子等超精缺陷的出现，在终超精时要获得深度0.1μm、宽度0.1μm均匀分布的圆周向丝子，以满足在产品实际工作中沟道表面形成细微的蓄油槽，从而在滚动体负载时形成压力油膜，增加产品负荷能力，同时压力油膜又可以减少振动产生的异音。减少由于过分强调降低粗糙度Ra值，而引起轴承因减少磨合期轴承滚道表面直接进入工作状态，减少工作寿命的可能性发生。　　3、其它技术要求，应满足保持零件磨加工后达到的几何精度。　　关于深沟球轴承减少振动的几点建议　　1、在两沟一孔磨加工工序和沟道超精工序中，应保证端面的定位基准保持一致。　　2、在内外两沟道边增加工艺性过滤圆弧倒角，以期减少沟道圆弧磨加工时切削力，降低装配时装钢球碰伤的可能性，减少内圈因此处碰伤沟道的可能性。　　3、在装配时要改变现有的内外套圈平面定位基准是在同一侧的装配方式，装配定位基面在不同方向最为合理。由于每套深沟球轴承在使用时均施加一定的轴向预紧力，如同使用测振仪检测振动值及检测成品的回转精度均应施加一定的轴向负荷一样。同时由于深沟球轴承径向游隙的存在，内外套圈均有轴向位移，而轴承使用时事实上存在角接触球轴承一样的压力接触角。自认为现行装配方式轴承成品的基准端面由于上述原因事实上远离加工定位基准。因此内外套圈基准端面异向装配，正是使加工定位基准、测量基准和使用基准较好地保持了一致。