肖容美，李辛沫

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減緩軸承套圈溝道磨削燒傷的探討

肖容美，李辛沫

（五邑大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 江門(mén) 529020）

軸承套圈溝道磨削加工時(shí)產(chǎn)生的高溫會(huì)造成磨削工件表面局部升溫而形成不均一的組織和硬度，從而導(dǎo)致軸承質(zhì)量合格率大幅下降. 論文探討了砂輪速度與工件速度之比（）、砂輪修整時(shí)間以及磨削冷卻措施對(duì)軸承套圈溝道表面燒傷的影響. 試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)速度比處在45～55時(shí)，可以減少燒傷并能獲得較好的表面質(zhì)量；采用較短的砂輪修整時(shí)間對(duì)減少燒傷有利，并對(duì)零件的表面粗糙度影響不大；通過(guò)強(qiáng)化磨削加工區(qū)的冷卻能有效降低工件的溫度，進(jìn)而顯著緩解軸承套圈溝道的燒傷程度.

軸承溝道；磨削加工；磨削燒傷

軸承零件的燒傷是造成成品不合格的一個(gè)重要原因，這種燒傷一般發(fā)生在零件的磨削工序. 在磨削加工過(guò)程中，砂輪與工件接觸點(diǎn)的溫度可達(dá)700 ℃以上，若散熱不充分，將會(huì)在零件加工表面發(fā)生二次淬火及高溫回火，破壞加工表面的金相組織，使零件表面硬度下降，進(jìn)而降低軸承的使用壽命. 磨削工件時(shí)散發(fā)的熱量取決于許多工藝因素，如進(jìn)給量、砂輪、速度、冷卻等，因此恰當(dāng)選配磨削參數(shù)、防止燒傷對(duì)提高軸承的加工質(zhì)量影響重大. 本文通過(guò)大量的試驗(yàn)研究，探討了工件速度、砂輪速度、砂輪修整時(shí)間以及工件的冷卻方式對(duì)軸承套圈溝道磨削燒傷的影響.

1 試驗(yàn)條件

軸承套圈溝道的磨削方法采用適用于任何形狀溝道的切入磨削法，所有試驗(yàn)都在如表1中的條件下完成，其中，在砂輪磨削中忽略砂輪的磨損量，溝道表面燒傷結(jié)果通過(guò)普通酸洗得出.

表1 試驗(yàn)條件

2 工件速度和砂輪速度對(duì)工件表面燒傷的影響

2.1 工件速度（v工件）和砂輪速度（v砂輪）的選擇

當(dāng)工件速度上升時(shí)，由于接觸時(shí)間減少，各種熱源的熱量尚未深入到工件的深部就被連續(xù)不斷的磨屑和冷卻液帶走，只有磨粒部分所產(chǎn)生的一部分熱量進(jìn)入工件，故工件轉(zhuǎn)速很高時(shí)，熱量的影響將更多地被局限在工件表面，即提高工件轉(zhuǎn)速，將會(huì)使工件表面迅速升溫而產(chǎn)生燒傷層，但該燒傷層薄且易于在無(wú)進(jìn)給磨削和后面的光整工序中去除. 另一方面，單純提高工件速度會(huì)增大工件的表面粗糙度（R），因?yàn)槟ハ骷庸ぎa(chǎn)生的熱量有80%以上蓄集在工件中，工件中存在過(guò)多的熱量將導(dǎo)致工件表面熱損傷. 高速磨削時(shí)，砂輪的磨削阻力要比一般切削加工大得多，因此還需要同時(shí)提高砂輪速度來(lái)降低對(duì)工件表面R值的影響.

表2 砂輪與工件的速度對(duì)磨削效果的影響

2.2 砂輪與工件的速度比對(duì)燒傷的影響

3 砂輪修整時(shí)間對(duì)工件表面燒傷的影響

一般軸承套圈磨削機(jī)床都采用金剛石來(lái)修整砂輪，修整量及金剛石的移動(dòng)速度對(duì)工件表面磨削質(zhì)量的影響很大. 金剛石移動(dòng)速度較慢時(shí)，若修整時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、修整深度過(guò)大，則用修整后的砂輪進(jìn)行磨削時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同程度的燒傷. 原因是慢速修整的砂輪，平整度雖然得以提高，但卻增加了砂輪與工件的接觸面積，從而增加了工件的磨削溫度. 不同的砂輪修整時(shí)間對(duì)工件表面粗糙度及燒傷程度有直接的影響，如表3所示. 由表3不難發(fā)現(xiàn)：在相同試驗(yàn)設(shè)備及冷卻方式下，砂輪修整時(shí)間越長(zhǎng)，工件的燒傷越嚴(yán)重，但工件的表面粗糙度對(duì)砂輪修整時(shí)間不太敏感.

表3 砂輪修整時(shí)間對(duì)工件表面粗糙度及燒傷程度的影響

注：砂輪速度37 m/s，工件速度40 m/min，金剛筆鋒利，砂輪的修整量是8 μm. 圖中每批零件為10件，取其中的第2件檢測(cè). 燒傷程度根據(jù)經(jīng)酸洗后套圈溝道呈現(xiàn)黑斑或麻點(diǎn)的面積來(lái)定性判斷.

4 加工表面的冷卻對(duì)工件表面燒傷的影響

磨削溫度既然是決定工件加工表面變質(zhì)層的主要因素，那么工件加工表面的冷卻條件應(yīng)視為磨削條件中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，冷卻條件包括磨削冷卻液的供液方法和磨削冷卻液成分兩方面.

4.1 冷卻液的供液方法

常用的冷卻方法實(shí)際上是將冷卻液大量?jī)A注在已經(jīng)離開(kāi)磨削區(qū)的加工表面上，但此時(shí)燒傷已經(jīng)產(chǎn)生了，因此改進(jìn)冷卻液的供液方法、提高冷卻效果非常必要.

普通注液法是一種常用的冷卻方法，磨削冷卻液從噴嘴流出，直接注向工件的加工表面，但由于磨削冷卻液難以送到磨削點(diǎn)，所以這種注液法的效果不佳，尤以高速磨削為甚. 內(nèi)冷卻法是一種借助離心力穿過(guò)砂輪內(nèi)部供液的方法，即將冷卻液引入砂輪中心腔后靠離心力甩出，使冷卻液直接冷卻到磨削區(qū)，但內(nèi)冷卻法產(chǎn)生的大量水霧給加工帶來(lái)一些不便，應(yīng)用不廣泛. 澆注法是對(duì)普通注液法的改良，在高壓作用下，磨削冷卻液以一定的壓力和流量噴射到磨削區(qū)，滲入磨削點(diǎn)，降低工件表面溫度并且可以沖洗砂輪面以防堵塞，噴嘴的傾斜角對(duì)于供液作用很大，一般以75o的效果最佳. 提高磨削速度后，澆注法的“風(fēng)泵效應(yīng)”更加明顯，并影響冷卻效果，生產(chǎn)時(shí)可以在噴嘴上加一直徑小于噴嘴頭的膠管（長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際需要確定）來(lái)增加磨削液的壓力，使高磨液直接進(jìn)入磨削區(qū)以達(dá)到理想的冷卻效果.

4.2 磨削液流量對(duì)燒傷程度的影響

高速旋轉(zhuǎn)的砂輪表面上產(chǎn)生的空氣流層會(huì)阻擋冷卻液進(jìn)入磨削區(qū)，無(wú)論采用什么供液方法，都必須保證磨削液進(jìn)入磨削區(qū). 為了達(dá)到充分冷卻的目的，必須有足夠的流量和壓力. 很顯然，加大磨削液的流量，對(duì)緩解燒傷有利，如表4所示，隨著磨削液流量增加，工件的燒傷程度漸輕.

表4 磨削液流量與燒傷深度的關(guān)系

注：砂輪速度37 m/s；工件速度40 m/min，磨削時(shí)間8 s.

5 結(jié)論

本文從深溝球軸承套圈磨削過(guò)程出發(fā)，初步分析了工件速度、砂輪速度、砂輪修整時(shí)間以及工件的冷卻方式對(duì)磨削燒傷問(wèn)題的影響，通過(guò)試驗(yàn)得出一組合理的套圈磨削工藝參數(shù)：磨削砂輪速度為30～40 m/s，工件速度為35～50 m/min，砂輪修整時(shí)間為7～9 s，砂輪修整間隔為11～15件，冷卻液流量為8～10 L/min，冷卻液噴嘴傾斜角為70～80o. 采用以上參數(shù)進(jìn)行磨削加工的套圈燒傷的比例下降了3%，效果明顯，對(duì)提高軸承成品合格率起到了積極的作用.

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The Control of Grinding Burn to Bearing Races

XIAORong-mei, LIXin-mo

s: The quality of the bearing rubbing superficial layer is not entirely decided by the material and heat-treatment, but frequently determined by the grinding process. The hyperthermia generated by grinding can cause local temperature rise, which will make the surface develop inhomogeneous microstructure and hardness, resulting in the qualified rate of the bearing quality dropping dramatically. The article discusses the ratio of the wheel speed to the workpiece speed, the effect of wheel dressing time and the grinding cooling measures on the surface burn of the bearing ring grooves. Test results show that when the velocity ratio is within the range of 45 to 55, it can reduce the burn and obtain better surface quality. Moreover, the adoption of a short wheel dressing time is beneficial in reducing burn, and has little effect on the parts’ surface roughness. Furthermore, it can effectively reduce the temperature of the workpiece and significantly ease the burn degree of the bearing ring channel.

Bearingchannels; grinding; grinding burn

1006-7302（2011）02-0052-04

TH161+.1

A

2010-10-21

肖容美（1975—），女，湖南衡陽(yáng)人，碩士研究生，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)方面的研究；李辛沫，教授，碩士生導(dǎo)師，通信作者，主要從事工業(yè)設(shè)計(jì)、流體機(jī)械的研究.