CN103978413A - 一种轴承沟道光整强化方法 - Google Patents

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张坤
张沛峰
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    • B24—GRINDING; POLISHING
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Abstract

本发明公开了一种轴承沟道光整强化方法，包括下述步骤：1）将大功率的超声波换能器（3）安装在轴承超精研设备上,光整球（2）通过外力F作用在工件（1）的沟道表面，光整球（2）球径为沟道曲率最小值；2）通入超声波电流后，大功率的超声波换能器（3）形成的上下振动运动；3）摇杆机构的从动件（4）作左右摆动运动，其摆动角度等于沟道曲率对应的圆周角，且摆动圆心与沟道半径重合；4）超声波换能器（3）形成的上下振动运动，配合摇杆机构从动件（4）的左右摆动运动及工件（1）的转动运动，经过5-10秒加工。本发明具有能改善沟道表面粗糙度、提高表面硬度，且高精度、高效、无污染的特点。

Description

一种轴承沟道光整强化方法
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，具体地说是涉及一种轴承沟道光整强化方法。
 
背景技术
轴承的加工中，轴承内、外圈沟道的光整加工为终加工，对轴承的工作性能有很大影响。改善沟道的表面质量，能改善滚道表面的物理力学性能，从而提高轴承的旋转精度和耐磨性、降低轴承的振动和噪音、延长使用寿命。现有技术中，轴承内、外圈沟道的光整加工，主要采用超细磨料构成的油石或抛光布对其进行研磨、抛光加工，效率低。加工中，超细磨料在研磨掉较粗的砂轮花的同时，还形成沟道表面新的细划痕，即影响光整的效果，还是形成轴承工作时噪音的主要因素。采用这样的加工方法，还容易使沟道表面硬度弱化，影响轴承工作寿命。在采用油石研磨加工时，还需要采用煤油对工件进行冷却、冲洗及润滑，增大了生产成本，而且煤油对环境的污染大，不利于环境保护及生产工人的身体健康。
 
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种能改善沟道表面粗糙度、提高表面硬度，且高精度、高效、无污染的轴承沟道光整强化的方法。
本发明的一种轴承沟道光整强化方法，包括下述步骤：
1）将大功率的超声波换能器安装在轴承超精研设备上, 光整球通过外力F作用在工件的沟道表面，光整球球径为沟道曲率最小值；
2）通入超声波电流后，大功率的超声波换能器形成的上下振动运动，形成的振动频率与该电流频率相同，电流频率范围为14KHz～47KHz；
3）摇杆机构的从动件作左右摆动运动，其摆动角度等于沟道曲率对应的圆周角，且摆动圆心与沟道半径重合；
4）超声波换能器形成的上下振动运动，配合摇杆机构从动件的左右摆动运动及工件的转动运动，经过5-10秒加工，即可。
上述轴承沟道光整强化的方法，其中：所述超声波换能器为压电陶瓷片构成。
上述轴承沟道光整强化的方法，其中：所述光整球为硬质合金标准球。
本发明与现有技术的相比，具有明显的有益效果，由以上方案可知，超声波换能器形成的上下振动运动，配合摇杆机构从动件的左右摆动运动及工件的转动运动，在振动力的作用下，沟道表面的粗糙度波峰高度被降低，Ra可达0.01μm。层沟道表面的硬度得到提高 ，根据振动功率的大小不同，硬度增加最大达3%，消除了因磨削引起的表面变质层，改善沟道材料的纤维方向分布，形成更多的沿沟道工作方向的分布形式，且低粗糙度，良好的表面纤维分布，更高的硬度，更有利轴承工作时的润滑，同时也降低了轴承的摩擦力。光整球通过外力F作用在工件的沟道表面，光整球球径为沟道曲率最小值，作用在沟道表面的光整球，由振动运动与工件转动运动的复合运动下，形成对沟道面的作用力，是一种切向力大大大于径向力。有效的解决了直接作用造成的表面硬化问题，且较大的切向力，更容易改善沟道表面材料纤维，沿沟道工作的分布，使轴承工作寿命提高。由大功率压电陶瓷构成的换能器，在通入超声波电流后，形成的振动频率与该电流频率相同工作，时，根据工件对质量的要求、加工效率选择改变超声波电流频率使用。总之，本发明能改善沟道表面粗糙度、提高表面硬度，且高精度、高效、无污染。
以下通过具体实施方式，进一步说明本发明的有益效果。
 
附图说明
图1为本发明的动作结构示意图；
图2为图1的侧视图。
图中标记：
1、工件；2、光整球；3、超声波换能器；4、从动件。
  
具体实施方式
实施例1
本发明的一种轴承沟道光整强化方法，包括下述步骤：
1）将大功率的压电陶瓷片构成超声波换能器3安装在轴承超精研设备上, 硬质合金标准球的光整球2，通过外力F作用在工件1的沟道表面，光整球2球径为沟道曲率最小值；
2）通入超声波电流后，大功率的压电陶瓷片构成超声波换能器3形成的上下振动运动，形成的振动频率与该电流频率相同，电流频率范围为14KHz；
3）摇杆机构的从动件4作左右摆动运动，其摆动角度等于工件1沟道曲率对应的圆周角，且摆动圆心与沟道半径重合；
4）超声波换能器3形成的上下振动运动，配合摇杆机构从动件4的左右摆动运动及工件1的转动运动，经过5秒加工，形成在工件1沟道整个表面的光整加工。
实施例2
本发明的一种轴承沟道光整强化方法，包括下述步骤：
1）将大功率的压电陶瓷片构成超声波换能器3安装在轴承超精研设备上, 硬质合金标准球的光整球2，通过外力F作用在工件1的沟道表面，光整球2球径为沟道曲率最小值；
2）通入超声波电流后，大功率的压电陶瓷片构成超声波换能器3形成的上下振动运动，形成的振动频率与该电流频率相同，电流频率范围为24KHz；
3）摇杆机构的从动件4作左右摆动运动，其摆动角度等于工件1沟道曲率对应的圆周角，且摆动圆心与沟道半径重合；
4）超声波换能器3形成的上下振动运动，配合摇杆机构从动件4的左右摆动运动及工件1的转动运动，经过7秒加工，形成在工件1沟道整个表面的光整加工。
实施例3
本发明的一种轴承沟道光整强化方法，包括下述步骤：
1）将大功率的压电陶瓷片构成超声波换能器3安装在轴承超精研设备上, 硬质合金标准球的光整球2，通过外力F作用在工件1的沟道表面，光整球2球径为沟道曲率最小值；
2）通入超声波电流后，大功率的压电陶瓷片构成超声波换能器3形成的上下振动运动，形成的振动频率与该电流频率相同，电流频率范围为47KHz；
3）摇杆机构的从动件4作左右摆动运动，其摆动角度等于工件1沟道曲率对应的圆周角，且摆动圆心与沟道半径重合；
4）超声波换能器3形成的上下振动运动，配合摇杆机构从动件4的左右摆动运动及工件1的转动运动，经过10秒加工，形成在工件1沟道整个表面的光整加工。
总之，参见图1至图2，该方法采用超声波换能器3形成的上下振动运动，在配合摇杆机构从动件4的左右摆动运动及工件1的转动运动等三种运动构成的复合运动，在配合功率最大可达1.2KW的压电陶瓷超声波换能器3在振动时形成的冲击力，在工件沟道的整个曲面上，形成一种滑擦力为主，正面冲击力为辅的加工过程。其中：摇杆机构从动件4的左右摆动运动，由传统的机械机构或者先进的电动或者液动动力装置来实现，对摇杆机构从动件4施加一定外力F，使光整头压在沟道上。工件1安装在机床卡具上，通过电机带动，绕其轴线转动。
当振动冲击力作用在工件1沟道上时，由于光整球2的半径与工件1沟道曲率半径相似，接触面为一小段线的接触。该线段长度上的显微不平度的高点，在这个力的作用下，高度降低，形成光整的作用。作用力还使该部位组织的拉应力变化为压应力，同时还形成硬化。
由于工件1在不停的转动，振动冲击力作用点在冲击瞬间移动，冲击的正压力变成以切向力Ft为主，径向力Fr为辅，发生转向的滑擦力FR。正压力的改变，减小了工件1沟道表面组织的硬化作用，避免产生冷作硬化及残余应力，在滑擦力FR的作用下，沟道表面组织纤维方向统一为沿沟道工作方向，或沿沟道工作方向的趋势。
摇杆机构从动件4的摆动，与工件1的转动配合，使振动冲击力的作用点不断改变，由于振动冲击的频率很高，在数秒内覆盖整个沟道表面数十次，在这样多次冲击力的作用下，很快改善沟道表面粗糙度质量，改善沟道表面应力方向，提高表面硬度及较合理的组织纤维分布。
本发明方法与目前采用的超精研方法比较，经多批次、多样本数的轴承零件的比较实验表明，本发明方法光整强化后的轴承套圈，从粗糙度、应力状态、组织纤维方向及表面硬度，都有明显改善，情况、证明了本发明方法的可行性。
具体实验：将一个800W的压电陶瓷换能器改造后，取代油石，安装在现有的超精研机上使用。对400件6203轴承工件内套分两组各200件，传统方法加工与本发明方法加工进行同加工时间对比试验，试验主要考察加工后的产品沟道表面的应力分布状态，表面粗糙度及表层显微硬度这三个指标。试验结果见下表。
说明：1. 应力分布状态参数采用设备获得。
      2. 表面粗糙度参数采用德国霍美尔表面测量仪测量设备获得。
      3. 表层显微硬度参数采用设备获得。
通过对这些轴承套圈沟道的具体实验结果表明，本发明方法加工后的零件从应力分布情况、表面粗糙度和表面粗糙度证明了本发明方法对轴承套圈沟道表面光整、强化的性能显著。采用本发明方法可有效提高轴承产品质量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种轴承沟道光整强化方法，包括下述步骤：
1）将大功率的超声波换能器（3）安装在轴承超精研设备上, 光整球（2）通过外力F作用在工件（1）的沟道表面，光整球（2）球径为沟道曲率最小值；
2）通入超声波电流后，大功率的超声波换能器（3）形成的上下振动运动，形成的振动频率与该电流频率相同，电流频率范围为14KHz～47KHz；
3）摇杆机构的从动件（4）作左右摆动运动，其摆动角度等于沟道曲率对应的圆周角，且摆动圆心与沟道半径重合；
4）超声波换能器（3）形成的上下振动运动，配合摇杆机构从动件（4）的左右摆动运动及工件（1）的转动运动，经过5-10秒加工，即可。
2.如权利要求1所述的轴承沟道光整强化方法，其特征在于：所述超声波换能器（3）为压电陶瓷片构成。
3.如权利要求1或2所述的轴承沟道光整强化方法，其特征在于：所述光整球（2）为硬质合金标准球。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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