軸承座的超精密平行度磨削加工

1前言
      這里介紹的軸承座是某產(chǎn)品天線(xiàn)座中的關(guān)鍵零件，該軸承座是一精密薄環(huán)形零件，其精度要求非常高，加工難度大，很容易出廢品，生產(chǎn)周期也長(zhǎng)。該關(guān)鍵零件軸承座就成了精密生產(chǎn)加工的瓶頸。

2軸承座的加工難

點(diǎn)
      該零件材料為GCr15軸承鋼，淬硬HRC≮61。另從圖中可以看出，形位公差要求很高，同軸度及全跳動(dòng)均為0.015，圓柱度為0.002。精磨后零件要保證以上的形位公差，則對(duì)精磨定位裝夾用的兩端面平行度有很高的要求。所以在加工工藝設(shè)計(jì)中，工藝要求將A、B兩端面的平行度提高到0.001。在以往加工中，該零件采用高精度平面磨削，加工后的平行度只能達(dá)到0.005～0.008。后面工序須再經(jīng)過(guò)大量的平面研磨工作，才能將零件的平行度提高到0.001，通過(guò)很長(zhǎng)的生產(chǎn)周期才能滿(mǎn)足工藝要求。
為了解決該生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題，需尋找一種*高精度的加工方法。為此考慮直接用磨削加工方法來(lái)保證平行度0.001。
      針對(duì)這一難題，我們對(duì)該零件的磨削加工進(jìn)行了認(rèn)真的分析研究。該零件為薄板形零件，在機(jī)械加工中會(huì)產(chǎn)生切削應(yīng)力，隨著時(shí)間的變化零件形狀也在逐漸變化，如果熱處理不好（即切削應(yīng)力消除不盡），磨削加工中不注意散熱條件，這種微量變化會(huì)變得很明顯。
3需要解決的問(wèn)題
      在平面磨削加工中，需要解決的問(wèn)題是：磁場(chǎng)引力所產(chǎn)生的零件變形及磨削熱引起的零件受熱膨脹變形。平面磨床的工作臺(tái)是一個(gè)強(qiáng)力的電磁吸盤(pán)，通電工作時(shí)，鋼鐵零件在電磁力的作用下，會(huì)被牢牢地吸附于工作臺(tái)面上。對(duì)于經(jīng)過(guò)粗磨加工并時(shí)效處理后的軸承座，其端面的平面度不可能很平。當(dāng)薄環(huán)形零件軸承座的端面被吸附于電磁工作臺(tái)上時(shí)，必然產(chǎn)生彈性變形。當(dāng)電磁力消失后，零件回復(fù)，變形也就消失。另外，在磨削時(shí)，由于砂輪高速旋轉(zhuǎn)（線(xiàn)速度35m/s～50m/s），砂輪與零件在接觸的瞬間所產(chǎn)生的熱量可達(dá)1000℃以上。所以，在零件本體上，熱量也在不均勻地變化，膨脹變形也隨之產(chǎn)生。


4解決方法
      為了解決上述問(wèn)題，工藝設(shè)計(jì)時(shí)著重考慮解決以下幾方面的問(wèn)題。
      1）根據(jù)材料及零件形狀的特點(diǎn)，粗磨工序?yàn)榫チ裟ハ髁?.05～0.06，平行度要求達(dá)到0.01～0.02 左右。
      2）選用硬度較軟、粒度中等的白剛玉砂輪GB60#ZR 1AP，進(jìn)行多次平衡修正。
      3）對(duì)砂輪磨削熱的處理：因?yàn)樵谀ハ鬟^(guò)程中，磨削所產(chǎn)生的熱量瞬時(shí)可達(dá)1000C以上。為了減少磨削熱的影響，把砂輪修整成臺(tái)階式，即留下砂輪的半寬或更少以減少磨削面積，從而減少磨削所產(chǎn)生的熱量。同時(shí)也減小由于砂輪磨削壓力所造成的加工誤差。
      4）對(duì)砂輪進(jìn)行微鈍化處理：砂輪剛修整后得到的微刃比較鋒利，切削性能好。隨著磨削時(shí)間的增加，微刃逐漸被磨鈍，這時(shí)微刃的等高性就進(jìn)一步得到了改善，而切削性能則降低，摩擦拋光的作用也得到增強(qiáng)。磨削區(qū)的高溫使金屬軟化，鈍化的微刃在工件表面滑擦和擠壓，表面凸峰被擠平，從而使工件表面格外光潔。
      5）冷卻液要充足干凈，無(wú)夾砂等現(xiàn)象。
以上方法是磨削加工該軸承座的必要條件。
5微磁吸夾具
      加工該軸承座*關(guān)鍵的問(wèn)題是采用恰當(dāng)?shù)难b夾方式克服零件彈性變形，從而使磨削加工達(dá)到工藝要求。
通常磨削薄環(huán)形零件時(shí)，由于零件不平，常采用墊彈性墊圈、涂白蠟、墊紙等方法來(lái)解決平面的磨平問(wèn)題，而且要經(jīng)過(guò)多次的翻身磨削，才能達(dá)到平行度[CM（22]0.01～0.02。但這些裝夾方法對(duì)于平行度要求0.005以?xún)?nèi)的薄形零件顯然無(wú)法達(dá)到。
      針對(duì)軸承座的加工難點(diǎn)，考慮設(shè)計(jì)了一付微磁吸夾具（見(jiàn)圖2）。采用上下各一塊鋼板，中間隔一層銅板， 選用銅焊連接。微磁吸夾具的原理為：銅材料不導(dǎo)磁。所以將夾具置于工作臺(tái)上并吸牢時(shí)，零件基本不受磁吸引力影響，或只有微磁力吸引。此微磁力在平面狀態(tài)下只有幾克至十幾克，不足以使零件產(chǎn)生彈性變形。夾具經(jīng)過(guò)退火處理后并銑加工成形。然后將夾具吸牢于磨床工作臺(tái)面配磨，作為零件的加工基準(zhǔn)。將零件平放置于微磁吸夾具上。采用側(cè)向壓板將零件靠牢定位，使零件不受壓力、磁吸引力，亦無(wú)側(cè)向位移，即無(wú)彈性變形，零件基本處于自由狀態(tài)。另外，在微磁吸夾具中間鏜了一個(gè)50的通孔，其作用是：（1）將兩塊鋼板與銅板中間部位焊牢，防止夾具振動(dòng)。（2）冷卻液沖入孔中不流走，對(duì)零件及夾具有很好的冷卻作用。（3）磨削時(shí)，磨下的切屑及磨粒沖入孔中，沉入孔底，不會(huì)堆積在零件內(nèi)圈而影響磨削表面精度。

6結(jié)束語(yǔ)
      在上述條件下，將粗磨并熱處理時(shí)效后的零件進(jìn)行認(rèn)真地幾次翻身磨削加工，加工時(shí)充分冷卻。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格地檢驗(yàn)，測(cè)量，磨削加工出的軸承座，零件A、B兩端面的平行度達(dá)0.0003～0.0005。用超精密平面磨削方法直接滿(mǎn)足了平行度0.001的工藝要求，提高工效五倍，并省去了費(fèi)工費(fèi)力的研磨工作量。

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