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我国轴承套圈超精研技术的改进要点

2017-11-16 9:52:21      点击:

 “超精加工主要要提高和改善被加工工件表面的微观质量,这些微观质量包括粗糙度、沟形、圆度和金属条纹的走向。” 轴承套圈沟道超精研工序主要是为了降低被加工沟道的粗糙度,这是最基本的要求,无论是原始的棍棒超精机还是采用无心支撑结构的自动化超精机,原理大同小异,都是如此。高水平的和低档的轴承套圈超精研设备的主要区别是轴承套圈沟道形状精度的改善程度和被加工工件表面应力状态的差异。

轴承套圈沟道形状精度的改善主要取决于三个方面:首先,要合理的约束超精前的轴承沟道磨加工形状的基础精度,轴承沟道的基准精度、尺寸精度和位置精度在磨削工序也要精确地控制,因为这些需要约束的被加工工件的磨削工序的精度及其对超精加工的结果的影响是不容忽视的;其次,超精研设备的主要零部件制造精度也会对被超精工件沟道表面形状的变化起到很大的影响,品质较差的超精机非但不能够改善磨削工序形成的形状精度,反而会破坏磨削工序形成的形状精度和尺寸精度;第三,超精余量的大小不仅与超精加工的节拍有关,而且也与轴承沟道超精后的表面质量有关系。

假如我们的轴承产品没有对轴承的噪音和轴承的寿命提出特殊的要求,假如我们的轴承产品仅仅满足于参与国内外市场的低价格竞争,假如我们的轴承产品不想走出国门或者不想替代进口产品,那么,使用低水准的超精研设备是可以的。因为,在中低档产品的轴承市场上,中国的轴承企业选用低价位的超精机取得了大量的经验,尽管这些实践是依赖于大量的技术人员的人的主观因素取得的。在空调类家电市场和电机市场,我们的微型和小型轴承取得了不俗的销售业绩,这些成绩的取得也部分得益于我国轴承加工设备的发展和进步,尽管这些进步的取得是不稳定的,这种离散的局部不可控的质量水平暂时在中国还可以被客户忍受。而在我国中高端产品领域,大量的高附加值高利润的轴承产品主要还是依靠进口。我国生产的最好的轴承设备,即使出口到国外,也只是应用在普通轴承生产线上;部分大陆境内的外资和合资的轴承加工企业采购国 内的轴承设备,也主要用在中低档轴承的生产线上。迄今为止,我国高水平的进口轴承设备所占的比率很小,部分原因是由于高水平的进口轴承设备的价格普遍高于国产的轴承设备,其主要原因还是国内大部分企业生产的轴承精度和效率要求偏低,在引进更高水平的进口轴承设备方面的要求还不是特别强烈。

如果我们要在精密轴承的竞争市场上有所作为,如果我们决心想要逐步蚕食中高档轴承的市场容量,那么我们就一定要知道,世界上最好的轴承生产线上都在使用什么设备?那些高精尖轴承生产线都是采用什么工艺加工出来的?与国外高水平轴承制造企业相比,我国轴承产品的制造水平和差距在哪里?

做高品质的轴承产品,从某种程度上来说就是做精度稳定的产品。而产品的稳定生产,离不开选择先进的轴承设备。制造高品质轴承的实践,国外很多,中国很少,这是不争的事实。本文限于篇幅,仅给大家介绍一下世界上最先进的超精研技术的发展概况。

1.最先进的超精机驱动系统应该采用伺服控制。采用了伺服控制系统,就会使得超精加工过程的工艺参数可控,因为伺服系统的控制精度最高。以伺服系统为核心的结构是最简单的机械结构,最先进的机械结构就是最简单的机械结构。 轴承之星系列超精机,油石夹摆动机构采用的就是伺服控制系统,油石的摆动频率和油石的压力都可以采用计算机控制;此外,轴承之星超精机的工件轴也采用了伺服电机控制,使得工件的工作转速可以达到每分钟6000转以上。机床机械部分的结构大为简化,机械传动链的偏差减到最小,其结果,机床的振动也减低到最小。由于工件轴转速、摆动机构摆频和油石压力等参数的选择范围很宽并且能够得到精确地控制,所以机床可以满足最新轴承制造工艺的技术要求,这同时为新工艺的实现创造了良好的设备技术基础。

2. 最好的超精机的定位结构应该是液压浮动支撑结构。当被加工工件到达工作位置后,轴承套圈被定位原件产生的油膜浮起并旋转,此种结构的支撑刚性比陶瓷支撑的刚性还强,被加工工件对应定位表面的误差也会被吸收,不会影响定位精度和超精结果,而且即使在很高的工件转速下,工件定位表面也不会产生划伤现象。梯伦豪斯公司的液压浮动芯轴和冷却油是同一种油,要求油品的特性稳定。

3.最合理的超精余量误差应该适当减小。以世界上最先进的深沟球轴承套圈的加工工艺为例,像6201、608、693这样大小的套圈的超精余量误差基本上都应该控制在千分之三(单边)以下,而我国大多数轴承企业的超精余量工艺现状至少要高一倍以上。超精余量的大小,超精余量偏差的不稳定和超精加工节拍大致是成正比的,超精余量参数得不到很好的约束,一方面说明被加工沟道表面磨削工序产生的变质层很厚,磨削变质层很厚是因过长的磨削时间产生的,机床之所以需要过长的磨削时间是因为套圈磨加工前的毛坯偏差过大,这些连带的工艺问题都会影响轴承套圈的最终加工结果。

4.最合理的超精加工套圈的粗糙度不是数据最小的粗糙度,而是合适的粗糙度。因为粗糙度的数据过小,不仅会偏离最佳的超精工序的工序能力指数,而且还会使成套轴承中间的钢球在套圈沟道里滑动趋势加大,不利于轴承两个套圈间的钢球的正常的运转。最好的轴承套圈的超精前的沟形应该控制在千分之二以内(全长不过滤测量),而我国多数轴承企业的轴承套圈的磨削后的沟形偏差数据分散很大,普遍要超过国外最先进水平的2-3倍。最好的轴承套圈磨削后的沟位精度至少要控制在百分之一以内,因为沟位对沟形的改善影响也很大,超精机油石摆动中心和被加工工件沟道中心的偏差应该尽可能的小,磨削后的工件沟位偏差的不稳定会造成超精表面压应力状态的不稳定,沟道表面压应力不均匀的轴承套圈很容易在压应力薄弱和突变的部位最先失效。

5.超精机选用的油石更换率应该最小,油石压力波动应该用数控系统来控制减小,这样会稳定超精加工产品的批量精度,油石夹的结构刚度设计在超精设备的整体设计当中也是至关重要的。德国梯伦豪斯公司的最先进的轴承套圈超精机或者采用比例阀或者采用MICROSENCE技术,这些配置和研究成果使得油石工作压力等参数可以在触摸屏上调整并可以按照预先优化好的程序自适应控制。

以上五个方面虽不能够包罗万象,但至少应该是我国轴承套圈超精研技术的改进要点。 除了机床本身的因素之外,超精机的冷却过滤系统的研究也是不能够忽视的。曾几何时,我国几家机床厂先后仿造过梯伦豪斯公司的产品,时至今天,几乎没有一台仿制成功的,其中最重要的原因就是没有沉下心来对细节进行细致的研究,忽视细节的设计生产的重要性,和忽视其他关键技术环节一样,失败就不言而喻了。

十多年前,我曾经参观过日本一家轴承制造集团公司的几个工厂,他们当年的小型轴承自动线生产节拍已经达到了6秒钟,而我们现在国内生产的小型轴承自动线的生产节拍低于12秒的屈指可数,一些磨超自动线的生产节拍甚至小于单机自动化生产的节拍。(补充一下,我说的是无故障稳定的生产状态,中间所有的维修和停机时间都要计算在内的。)为什么我们国内生产的设备的效率普遍低于国外生产的设备的效率?机床稳定性差是普遍现象,而低价格低配置的机床和落后的加工工艺是轴承加工技术滞后的重要原因。

假如只是拿几套轴承和国外产品进行质量对比,我们有可能会得到很满意的结果;假如拿批量的加工数据或者拿随机抽检的产品检测结果进行质量对比,我们就会得出不满意的结果。大量的轴承生产线上的不可修复的废品率,主要源于那些低品质轴承设备造成的浪费。更加科学的轴承生产模式和更加理性的轴承加工思维应该成为一种趋势,只有这样,才会更有益于我国轴承工业的进步。