利用切削液環流效應提高薄壁圓環類零件車削剛度和加工圓度的方法
2024-03-29 07:51:05
利用切削液環流效應提高薄壁圓環類零件車削剛度和加工圓度的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及薄壁圓環類零件的精密加工技術領域，具體涉及利用切削液環流效應提高薄壁圓環類零件車削剛度和加工圓度的方法。
【背景技術】
[0002]軸承是一種廣泛應用於機械、電子產品的基礎部件。它一般由外圈、內圈、滾動體和保持架組成。軸承外圈和內圈統稱軸承套圈，它們是典型的薄壁圓環類零件，其通常採用的加工工藝為:毛坯成形(鍛件或管件)—退火—車削或冷輾擴—淬火、回火—磨削—超精研。其中磨削一般包括端面磨、外圓磨或內圓磨、滾道無心磨。多道磨削工藝成本高、效率低，而且工藝參數控制不當很容易造成套圈磨削燒傷，產生表面變質層，對軸承壽命造成嚴重影響。隨著數控工具機技術、刀具技術的高速發展，近年來發展出一種可能替代磨削加工技術作為軸承套圈精加工工藝的硬車削技術。硬車削技術即採用特殊刀具(PCBN、陶瓷、金剛石等刀具)在高主軸剛度、高精度車床上加工淬硬零件的技術，它具有高精度、高效、經濟、清潔的特點。在合適的切削條件和工藝下，硬車削技術能獲得與磨削技術相當甚至更好的幾何精度和表面質量，包括表面粗糙度、尺寸精度、形狀精度、位置精度，硬度分布、金相組織、殘餘應力狀態等，尤其是經硬車削加工的表面呈殘餘壓應力狀態，對提高零件的抗疲勞壽命有重要作用。
[0003]軸承套圈的精密硬車削工藝一般採用三爪卡盤裝夾定位，以軸承內圈為例，先以外徑和端面定位，硬車內徑和另一端面，再以硬車過的內徑和端面定位，精密硬車外徑、端面和溝道，軸承套圈是薄壁圓環類零件，剛度差，裝夾過程、切削過程中極易因裝夾力、切削力而產生較大徑向變形，嚴重影響加工精度，進而影響軸承裝配精度和使用壽命。在這種加工工藝中，每個套圈經兩次裝夾定位，引入定位誤差，同時，使用三爪卡盤裝夾，加工後溝道容易出現三角形圓度誤差輪廓，影響加工精度。
[0004]綜上，由於軸承套圈剛度不足，現行硬車加工工藝在裝夾方式、加工工藝上存在比較突出的技術、質量問題。因此，研究、發明軸承套圈新的加工工藝，克服現有硬車加工工藝需多次裝夾、裝夾和加工變形較大的問題，實現軸承的高精度製造，顯得十分迫切和必要。
【發明內容】
[0005]為了解決上述問題，本發明提供了一種利用切削液環流效應提高薄壁圓環類零件車削剛度和加工圓度的方法，採用磁力卡盤或真空吸盤對薄壁圓環類零件的一端進行軸向夾持，且所述薄壁圓環類零件採用端部平面定位與圓柱面千分表對中相結合的定位方式來進行定位;所述薄壁圓環類零件在硬車削過程中，所述薄壁圓環類零件隨磁力卡盤或真空吸盤高速旋轉，向所述薄壁圓環類零件的內表面噴射高速切削液，使得切削液隨所述薄壁圓環類零件表面環流。
[0006]較佳地，所述磁力卡盤或真空吸盤與所述薄壁圓環類零件接觸的裝夾定位面的平面度小於或等於3μπι，所述薄壁圓環類零件與所述磁力卡盤或真空吸盤接觸的定位端面的平面度小於或等於1Μ1。
[0007]較佳地，所述薄壁圓環類零件夾緊、定位的具體步驟為:
[0008](I)將所述薄壁圓環類零件的一端貼於所述磁力卡盤或真空吸盤的裝夾定位面上，且使得所述薄壁圓環類零件與所述磁力卡盤或真空吸盤同軸；
[0009](2)所述磁力卡盤或真空吸盤施加夾緊力到一定程度，此時輕敲所述薄壁圓環類零件，其能在磁力卡盤或真空吸盤的裝夾定位面上微小滑動但不會在重力作用下掉落；
[0010](3)將所述千分表的表座固定在車床刀塔上，使得所述千分表的錶針打在所述薄壁圓環類零件的外圓面上，撥動車床卡盤使其轉動，觀察千分表表頭指針變化;同時輕敲所述薄壁圓環類零件的內圓面，直至撥動車床主軸時，千分表表頭指針變化最小為止；
[0011](4)然後，將所述磁力卡盤或真空吸盤的夾緊力提升至最大，對所述薄壁圓環類零件進行硬車加工。
[0012]較佳地，對所述薄壁圓環類零件僅通過一次定位夾緊，來實現薄壁圓環類零件的外圓柱面、內圓柱面、端面以及內外圓柱面上的環形溝道的加工。
[0013]較佳地，所述薄壁圓環類零件在夾緊、定位前先進行淬火、回火處理，使得所述薄壁圓環類零件的硬度大於45HRC。
[0014]較佳地，所述薄壁圓環類零件的硬度為58HRC-62HRC。
[0015]較佳地，在硬車加工前通過對所述薄壁圓環類零件的端部進行磨削加工，從而來保證端部的平面度。
[0016]較佳地，用於對所述薄壁圓環類零件進行硬車加工的刀具採用PCBN塗層刀片。
[0017]本發明由於採用以上技術方案，使之與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果:
[0018](I)本發明在薄壁圓環類零件隨磁力卡盤高速旋轉，刀具對薄壁圓環類零件的內表面進行加工的過程中，高速切削液噴射至零件內部後，在離心力的作用下貼附與零件內表面，形成一定厚度的、高速流動的環形切削液，環形切削液給薄壁圓環類零件提供均勻的徑向脹緊力，即切削液環流效應;環流切削液提高了薄壁圓環類零件剛度，從而減小了車削過程中的變形，提高其內外圓柱面和內外圓柱面上環形溝道的圓度；
[0019](2)本發明提供的提高薄壁圓環類零件端面車削圓度的方法，通過控制薄壁圓環類零件端面平面度及其裝夾定位件(磁力卡盤或真空吸盤)工作面的平面度，從而大大提高了薄壁圓環類零件夾緊定位的精確度，從而提高了薄壁圓環類零件的圓度，實現高精度製造；
[0020](3)本發明採用千分表與磁力卡盤或真空吸盤進行定位夾緊的方式，與現有技術中採用三爪卡盤定位夾緊的方式相比，本發明的定位夾緊與加工方法，可通過一次裝夾定位，就能夠實現薄壁圓環類零件的外圓柱面、內圓柱面、端面、內外圓柱面上的環形溝道等的加工，能夠有效防止裝夾和加工過程中薄壁圓環類零件的徑向變形，顯著提高薄壁圓環類零件的車削加工圓度，為軸承套圈等薄壁圓環類零件超精密車削加工提供了一種有效方法。
【附圖說明】
[0021]結合附圖，通過下文的述詳細說明，可更清楚地理解本發明的上述及其他特徵和優點，其中:
[0022]圖1為本發明中薄壁圓環類零件硬車削示意圖；
[0023]圖2為本發明實施例中角接觸軸承外圈的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]參見示出本發明實施例的附圖，下文將更詳細地描述本發明。然而，本發明可以以許多不同形式實現，並且不應解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是為了達成充分及完整公開，並且使本技術領域的技術人員完全了解本發明的範圍。這些附圖中，為清楚起見，可能放大了層及區域的尺寸及相對尺寸。
[0025]本發明提供了一種利用切削液環流效應提高薄壁圓環類零件車削剛度和加工圓度的方法，用以解決現有技術中薄壁圓環類零件在硬車加工時易變性、精度差等問題；其中，薄壁圓環類零件具體可為軸承內圈、軸承外圈等，當並不局限與軸承內圈、軸承外圈，且薄壁圓環類零件的材料可採用軸承用鋼材、工程陶瓷、工程塑料、複合材料等，此處不作限制。
[0026]參照圖1，本發明提供的利用切削液環流效應提高薄壁圓環類零件車削剛度和加工圓度的方法，採用磁力卡盤或真空吸盤I對薄壁圓環類零件2的一端進行軸向夾持，且薄壁圓環類零件採用端部平面定位與圓柱面千分表對中相結合的定位方式來進行定位;在車削薄壁圓環類零件的過程中，向薄壁圓環類零件2的內表面噴射高速切削液，薄壁圓環類零件2隨磁力卡盤或真空吸盤I高速旋轉，使得切削液隨薄壁圓環類零件表面環流。
[0027]進一步的，在車削刀具4旁設置一切削液噴嘴5，切削液噴嘴5將切削液6高速噴射在薄壁圓環類零件2的內表面上。
[0028]本發明通過在薄壁圓環類零件隨磁力卡盤高速旋轉過程中，向薄壁圓環類零件的內表面高速噴射切削液，在離心力的作用下切削液會貼附在薄壁圓環類零件的內表面上，形成一定厚度的、高速流動的環形切削液，環形切削液給薄壁圓環類零件提供均勻的徑向脹緊力，從而提高了薄壁圓環類零件剛度，從而減小了車削過程中的變形，同時提高其內外圓柱面和內外圓柱面上環形溝道的圓度。
[0029]在本實施例中，磁力卡盤或真空吸盤與薄壁圓環類零件接觸的裝夾定位面的平面度小於或等於3μπι，薄壁圓環類零件與磁力卡盤或真空吸盤接觸的定位端面的平面度小於或等於lwn。
[0030]具體的，製備一有加工餘量的薄壁圓環類零件，薄壁圓環類零件在進行硬車加工前先對薄壁圓環類零件進行淬火、回火熱處理，從而提高薄壁圓環類零件的硬度使其大於45HRC，優選的，使得薄壁圓環類零件的硬度達到58HRC-62HRC。
[0031]進行淬火、回火處理後的薄壁圓環類零件，再對其一端或兩端進行磨削處理，以改善薄壁圓環類零件的端面的平面度，從而便於後續薄壁圓環類零件的夾緊和定位。優選的，經磨削後的薄壁圓環類零件端面的平面度小於Ιμπι，且平面誤差輪廓均勻分布，無較大凸起或凹陷部。
[0032]薄壁圓環類零件在端面磨削後，進行夾緊定位，以便後續進行硬車加工，夾緊、定位具體包括以下步驟:
[0033](I)將薄壁圓環類零件的一端貼於磁力卡盤或真空吸盤的裝夾定位面上，且使得薄壁圓環類零件與磁力卡盤或真空吸盤同軸;其中，磁力卡盤或真空吸盤與薄壁圓環類零件接觸的裝夾定位面的平面度小於或等於3μπι，以便於薄壁圓環類零件與磁力卡盤或真空吸盤緊密貼合，保證後續定位的精確度；
[0034](2)磁力卡盤或真空吸盤施加夾緊力到一定程度，此時輕敲薄壁圓環類零件，保證其能在磁力卡盤或真空吸盤的裝夾定位面上微小滑動但不會在重力作用下掉落；
[0035](3)將千分表的表座固定在硬車工具機刀塔上，並使千分表的錶針垂直打在薄壁圓環類零件的外圓面上，撥動車床卡盤使其旋轉，觀察千分表表頭指針變化；同時採用塑料錘輕敲薄壁圓環類零件的內圓面，直至撥動車床卡盤時，千分表表頭指針變化最小為止；
[0036](4)然後，將卡磁力卡盤或真空吸盤的夾緊力提升至最大，完成夾緊，後續再對薄壁圓環類零件的進行硬車加工。
[0037]本發明提供的提高薄壁圓環類零件端面車削圓度的方法，通過提高薄壁圓環類零件端面平面度及其裝夾定位件(磁力卡盤或真空吸盤)工作面的平面度，從而大大提高了薄壁圓環類零件夾緊定位的精確度，從而提高了薄壁圓環類零件的圓度，實現高精度製造。而且，本發明採用千分表與磁力卡盤或真空吸盤進行定位夾緊的方式，與現有技術中採用三爪卡盤定位夾緊的方式相比，本發明的定位夾緊與加工方法，可通過一次裝夾定位，就能夠實現薄壁圓環類零件的外圓柱面、內圓柱面、端面、內外圓柱面上的環形溝道等的加工，能夠有效防止裝夾和加工過程中薄壁圓環類零件的徑向變形，顯著提高薄壁圓環類零件的車削加工圓度，為軸承套圈等薄壁圓環類零件超精密車削加工提供了一種有效方法。
[0038]下面以本發明運用到角接觸軸承外圈的硬車削加工中為例，作進一步的說明。
[0039]參照圖2，薄壁圓環類零件為單列角接觸軸承外圈，角接觸軸承外圈包括定位端面
21、外圓面22、非定位端面23、內圓面24和內滾道25，其中待加工面為外圓面22、內圓面24和內滾道25;
[0040]單列角接觸球軸承的外圈的加工包括以下步驟:
[0041 ] (I)準備一單列角接觸球軸承毛坯；
[0042](2)以外圈端平面21定位與外圓面22千分表對中相結合，通過軸向夾持將其裝夾在磁力卡盤或真空吸盤I上；
[0043](3)單列角接觸軸承外圈轉動後，向其內表面噴射高速切削液；
[0044](4)刀具車削角接觸軸承外圈的外圓面22、內圓面24和內圓面上的環形溝道25。
[0045]本技術領域的技術人員應理解，本發明可以以許多其他具體形式實現而不脫離其本身的精神或範圍。儘管已描述了本發明的實施案例，應理解本發明不應限制為這些實施例，本技術領域的技術人員可如所附權利要求書界定的本發明的精神和範圍之內作出變化和修改。
【主權項】
1.一種利用切削液環流效應提高薄壁圓環類零件車削剛度和加工圓度的方法，其特徵在於，採用磁力卡盤或真空吸盤對薄壁圓環類零件的一端進行軸向夾持，且所述薄壁圓環類零件採用端部平面定位與圓柱面千分表對中相結合的定位方式來進行定位;所述薄壁圓環類零件在硬車削過程中，所述薄壁圓環類零件隨磁力卡盤或真空吸盤高速旋轉，向所述薄壁圓環類零件的內表面噴射高速切削液，使得切削液隨所述薄壁圓環類零件表面環流。2.根據權利要求1所述的利用切削液環流效應提高薄壁圓環類零件車削剛度和加工圓度的方法，其特徵在於，所述磁力卡盤或真空吸盤與所述薄壁圓環類零件接觸的裝夾定位面的平面度小於或等於3μπι，所述薄壁圓環類零件與所述磁力卡盤或真空吸盤接觸的定位端面的平面度小於或等於1Μ1。3.根據權利要求1或2所述的利用切削液環流效應提高薄壁圓環類零件車削剛度和加工圓度的方法，其特徵在於，所述薄壁圓環類零件夾緊、定位的具體步驟為: (1)將所述薄壁圓環類零件的一端貼於所述磁力卡盤或真空吸盤的裝夾定位面上，且使得所述薄壁圓環類零件與所述磁力卡盤或真空吸盤同軸； (2)所述磁力卡盤或真空吸盤施加夾緊力到一定程度，此時輕敲所述薄壁圓環類零件，其能在磁力卡盤或真空吸盤的裝夾定位面上微小滑動但不會在重力作用下掉落； (3)將所述千分表的表座固定在車床刀塔上，使得所述千分表的錶針打在所述薄壁圓環類零件的外圓面上，撥動車床卡盤使其轉動，觀察千分表表頭指針變化；同時輕敲所述薄壁圓環類零件的內圓面，直至撥動車床主軸時，千分表表頭指針變化最小為止； (4)然後，將所述磁力卡盤或真空吸盤的夾緊力提升至最大，對所述薄壁圓環類零件進行硬車加工。4.根據權利要求1所述的利用切削液環流效應提高薄壁圓環類零件車削剛度和加工圓度的方法，其特徵在於，所述薄壁圓環類零件在夾緊、定位前先進行淬火、回火處理，使得所述薄壁圓環類零件的硬度大於45HRC。5.根據權利要求1所述的利用切削液環流效應提高薄壁圓環類零件車削剛度和加工圓度的方法，其特徵在於，所述薄壁圓環類零件的硬度為58HRC-62HRC。6.根據權利要求1所述的利用切削液環流效應提高薄壁圓環類零件車削剛度和加工圓度的方法，其特徵在於，在硬車加工前通過對所述薄壁圓環類零件的端部進行磨削加工，從而來保證端部的平面度。7.根據權利要求1所述的利用切削液環流效應提高薄壁圓環類零件車削剛度和加工圓度的方法，其特徵在於，用於對所述薄壁圓環類零件進行硬車加工的刀具採用PCBN塗層刀片。
【專利摘要】本發明提供一種利用切削液環流效應提高薄壁圓環類零件車削剛度和加工圓度的方法。其特徵為夾持方式採用磁力卡盤夾持，定位方式為端平面定位，車削過程中向薄壁圓環類零件內表面噴射高速切削液，切削液隨零件內壁環流，間接增大薄壁圓環類零件的車削剛度，提高其加工圓度。本發明可以解決薄壁圓環類零件車削加工中因零件剛度不足導致較大圓度誤差的問題，對高精度薄壁圓環類零件，特別是軸承套圈的製造有十分重要的工程意義。
【IPC分類】B23Q3/12, B23B27/14, B23B31/28, B23Q17/00, B23B1/00
【公開號】CN105710391
【申請號】CN201610255386
【發明人】姚振強, 張冏, 孫姚飛, 沈洪
【申請人】上海交通大學