CN112833100A - 一种陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法 - Google Patents

一种陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于滚道的加工领域,具体涉及一种陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法。该加工方法包括以下步骤:1)先在套圈生坯上预加工出沟道,再经烧结得到具有预制沟道的烧结坯;2)对步骤1)得到烧结坯先加工双端面和外径,保证加工基准,然后在所述预制沟道上进行套圈沟道的磨削加工。本发明的陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法,通过在陶瓷套圈生坯上预制沟道,为后续的沟道磨削加工提供定位,而且可以避免在加工沟道时出现崩角、裂纹等加工缺陷,与未预制沟道的方案相比,有利于提高成品率和加工精度。

Description

一种陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法
技术领域
本发明属于滚道的加工领域,具体涉及一种陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法。
背景技术
轴承作为机械传动的重要零部件,地位极其重要,随着科技的发展,轴承的使用工况日益苛刻,在一些极端的工况如:高温、高速、低温、强腐蚀、真空、电绝缘、无磁、干摩擦下,传统的钢制轴承表现出提前失效不能满足正常使用要求。陶瓷轴承具有耐高温、耐腐蚀、抗电磁绝缘、无油自润滑、高转速等特性,可用于极度恶劣的环境及特殊工况,可广泛用于航空、航天、航海、电子设备、冶金、电力、医疗器械、科研和国防军事等领域。
陶瓷轴承套圈的沟道作为轴承的重要结构,是内外圈和滚动体的接触区域,沟道的精度直接影响了轴承装配后的成品精度和轴承使用寿命。但陶瓷材料硬度高、脆性大,对于陶瓷轴承套圈的内外径和端面的精加工,通过优选磨料磨具,合理制定工艺参数,一般可以达到设计的要求。相比于传统的钢制轴承,陶瓷套圈沟道磨削成本较高,成品率低,加工精度也有待进一步提高。对于陶瓷轴承套圈沟道的精加工,尤其是最终得到高精度、高质量的套圈沟道,还存在较大难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法,以进一步提高陶瓷滚动轴承套圈沟道加工的成品率和加工精度。
为实现上述目的,本发明的陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法的技术方案是:
一种陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法,包括以下步骤:
1)先在套圈生坯上预加工出沟道,再经烧结得到具有预制沟道的烧结坯;
2)对步骤1)得到烧结坯先加工双端面和外径,保证加工基准,然后在所述预制沟道上进行套圈沟道的磨削加工。
目前现有的陶瓷套圈主要采用粉末模压,烧结后,先进行内外套圈的双端面和外径加工,以保证加工基准,然后进行沟道磨削。烧结后直接开沟时,材料所受应力较大,容易产生崩角、裂纹等加工缺陷,也会造成砂轮磨削时定位不准导致氮化硅陶瓷轴承套圈精度低,成品率低。
本发明的陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法,通过在陶瓷套圈生坯上预制沟道,为后续的沟道磨削加工提供定位,而且可以避免在加工沟道时出现崩角、裂纹等加工缺陷,与未预制沟道的方案相比,有利于提高成品率和加工精度。
优选的,步骤1)中,预加工出沟道的深度为1.5-2mm。在加工沟道时,如沟道过深,则会容易增加烧结变形量,降低烧结毛坯成品率;沟道太浅,则会可能在后续内圈外径和外圈内径磨削后,预制沟道被完全磨掉,失去了预制沟道的意义。
在传统压制方式制备粉末压制坯时,会存在压制坯密度均匀性低,烧结变形大的问题,目前大多采用增大磨削余量的方式来保证成品率,这会增加磨削工作量,提高磨削成本。优选的,所述套圈生坯采用冷等静压压制成型。经过冷等静压得到的套圈生坯密度高、密度均匀性也得到极大改善,烧结收缩量和收缩变形率降低,可以减少后续磨削余量。
优选的,所述陶瓷滚动轴承为氮化硅材质。
为得到高精度的陶瓷滚动轴承套圈沟道,优选的,所述套圈沟道的磨削加工包括粗磨加工、精磨加工和超精加工。进一步优选的,粗磨加工采用电镀金刚石砂轮,精磨加工采用树脂结合剂金刚石砂轮,超精加工采用CBN油石。粗磨、精磨、超精加工分别采用以上磨削工具,可以实现磨削效率和磨削精度的兼顾。
优选的,电镀金刚石砂轮的粒度为270/325#;粗磨加工时,砂轮转速为14000~15000r/min,工件转速为450~500r/min,进给速度为0.15~0.2mm/min。
所述树脂结合剂金刚石砂轮的砂轮粒度为400~800#;精磨加工时,砂轮转速为30000~36000r/min,工件转速为500~600r/min,进给速度为0.05~0.1mm/min。树脂结合剂金刚石砂轮加工精度下降后,使用修整砂轮进行修型,所述修整砂轮根据轴承套圈沟道曲率进行制造。
所述CBN油石的粒度为4000~8000目;超精加工时,油石摆动频率为1000~1400次/分,油石压力为0.4~0.6MPa,油石振幅为2~3mm,工件转速为350~450r/min。
附图说明
图1为本发明实施例的套圈压制毛坯图;
图2为本发明实施例的外圈烧结毛坯图;
图3为本发明实施例的内圈烧结毛坯图;
图4为本发明实施例的电镀砂轮图;
图5为本发明实施例的树脂砂轮图;
图6为本发明实施例的修整砂轮图;
图7为本发明实施例的外圈成品图;
图8为本发明实施例的内圈成品图。
具体实施方式
本发明中,氮化硅陶瓷滚动轴承的制作可参考现有技术,其一般包括陶瓷套圈生坯的制作、脱蜡、烧结等步骤。
陶瓷套圈生坯采用压制成型制作。为更好的说明陶瓷套圈生坯的制作说明,本发明提供一种示例形式:将经喷雾干燥制粒得到氮化硅混合料(烧结后形成氮化硅陶瓷,粒度40~80μm),分别装入:a、外直径为100mm、高度为50mm、壁厚为2mm的橡胶包套中,芯杆直径为86mm的套圈外圈压制模具;
b、外直径为80mm、高度为50mm、壁厚为2mm的橡胶包套中,芯杆直径为66mm的套圈内圈压制模具;
将氮化硅混合料充分填实后置于冷等静压机中,在280MPa的压力下压制8min,得到用于制备氮化硅轴承套圈毛坯的环形氮化硅套圈生坯。
脱蜡在脱蜡炉内进行,可选择氮气保护气氛下负压载气脱蜡,脱蜡工艺为:室温(1h),80℃(3h),80℃(4h),250℃(2h),250℃(2h),400℃(2h),400℃(3h),900℃(2h),900℃(降温速度2℃/min)。
烧结在烧结炉内进行,在1740~1820℃下烧结2h,烧结的气氛为氮气与氩气组成的混合气,混合气的压力为4~6MPa,混合气中氮气的体积分数为10%,烧结后即得氮化硅轴承套圈烧结坯。
以下实施例针对的氮化硅陶瓷滚动轴承套圈,成品外圈外径为80mm,成品内圈内径为55mm,沟道尺寸为曲率半径3.26mm,深度1.25mm。
陶瓷轴承的外圈和内圈沟道加工,均以套圈端面和外径为基准进行加工。外圈的沟道位置在套圈内径上,内径磨加工在沟道加工前完成。内圈的内径属于轴承对外接口重要尺寸,加工方式有两种:①可先做内径粗加工,然后加工沟道,最终进行内径的终加工;②也可先进行内径加工,再做沟道加工。具体工艺顺序可根据实际情况进行安排。
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法的具体实施例
实施例1
本实施例的陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法,包括以下步骤:
1)将套圈生坯在数控车床上进行车加工,先对套圈生坯的外径、内径、双端面进行车成型加工,然后在套圈生坯上采用车加工预制沟道,选用r3成型车刀对开沟位置车削1.5mm深的沟道。然后经过脱蜡、烧结,制成套圈烧结毛坯。
在该步骤中,套圈压制毛坯(套圈生坯)如图1所示,套圈烧结毛坯如图2和图3所示。根据图2、3所示出的烧结毛坯,基于预制沟道的存在,烧结毛坯的外观一致性良好,为后续的磨削加工创造了良好条件。
2)对套圈烧结毛坯先加工内外径和双端面,保证加工基准;然后进行套圈沟道的粗磨加工、精磨加工和超精加工:
①粗磨加工:分别对外圈和内圈毛坯的沟道进行粗磨加工,选用电镀砂轮,外观照片如图4所示,粒度为270/325#,金刚石镀层的宽度为7mm。磨削工艺参数为:粗磨加工量为0.4~0.5mm,砂轮转速14000r/min,工件转速450r/min,进给量0.15mm/min。
②精磨加工:分别对外圈和内圈粗磨后沟道进行精磨加工,选用树脂砂轮(树脂结合剂金刚石砂轮,外观照片如图5所示),粒度为400#,金刚石镀层的宽度为7mm。磨削工艺参数为:精磨加工量为0.15~0.25mm,砂轮转速30000r/min,工件转速600r/min,进给速度0.05mm/min。
精磨过程中,砂轮修整频次:1次/20件。修整砂轮根据轴承套圈沟道曲率进行制造,用于对精磨树脂砂轮的修型,其外观图片如图6所示。
③超精加工:分别对外圈和内圈精磨后沟道进行超精加工,选用4000目的CBN油石,超精工艺参数为:超精加工量为0.01~0.02mm,油石摆动频率1200次/分,油石压力0.5MPa,油石振幅2mm,工件转速400r/min。
最终得到的轴承套圈经装配后,测试成品精度如表1所示,最终所得套圈图如图7和图8所示。
表1成品轴承精度单位:μm
Figure BDA0002852261460000041
Figure BDA0002852261460000051
由表1可知,采用本发明的方法进行陶瓷轴承套圈的加工,无论是尺寸精度还是旋转精度,都达到了较高水平,实现了该类套圈沟道的高精加工。
实施例2
本实施例的陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法,与实施例1的不同之处在于:
粗磨加工时,砂轮转速为15000r/min,工件转速为500r/min,进给速度为0.2mm/min。
精磨加工时,砂轮转速为36000r/min,工件转速为600r/min,进给速度为0.1mm/min。
在本发明的陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法的其他实施例中,粗磨加工、精磨加工及超精加工所采用的磨具的粒度以及砂轮转速等磨削参数,均可根据成品轴承的精度要求,在本发明优选的工作参数范围内进行简单调整,即可获得与实施例1相当的加工精度效果。

Claims (10)

1.一种陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)先在套圈生坯上预加工出沟道,再经烧结得到具有预制沟道的烧结坯;
2)对步骤1)得到烧结坯先加工双端面和外径,保证加工基准,然后在所述预制沟道上进行套圈沟道的磨削加工。
2.如权利要求1所述的陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法,其特征在于,步骤1)中,预加工出沟道的深度为1.5-2mm。
3.如权利要求1所述的陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法,其特征在于,所述套圈生坯采用冷等静压压制成型。
4.如权利要求1-3中任一项所述的陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法,其特征在于,所述陶瓷滚动轴承为氮化硅材质。
5.如权利要求1所述的陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法,其特征在于,所述套圈沟道的磨削加工包括粗磨加工、精磨加工和超精加工。
6.如权利要求5所述的陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法,其特征在于,粗磨加工采用电镀金刚石砂轮,精磨加工采用树脂结合剂金刚石砂轮,超精加工采用CBN油石。
7.如权利要求6所述的陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法,其特征在于,电镀金刚石砂轮的粒度为270/325#;粗磨加工时,砂轮转速为14000~15000r/min,工件转速为450~500r/min,进给速度为0.15~0.2mm/min。
8.如权利要求6所述的陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法,其特征在于,所述树脂结合剂金刚石砂轮的砂轮粒度为400~800#;精磨加工时,砂轮转速为30000~36000r/min,工件转速为500~600r/min,进给速度为0.05~0.1mm/min。
9.如权利要求8所述的陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法,其特征在于,树脂结合剂金刚石砂轮加工精度下降后,使用修整砂轮进行修型,所述修整砂轮根据轴承套圈沟道曲率进行制造。
10.如权利要求6所述的陶瓷滚动轴承套圈沟道的加工方法,其特征在于,所述CBN油石的粒度为4000~8000目;超精加工时,油石摆动频率为1000~1400次/分,油石压力为0.4~0.6MPa,油石振幅为2~3mm,工件转速为350~450r/min。
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