皇天鳴

(洛陽LYC軸承有限公司 球軸承廠，河南 洛陽 471039)

1 問題的提出

采用M8820擺頭磨床粗磨22316C外滾道時(shí)，常出現(xiàn)砂輪軸接頭(圖1)斷裂現(xiàn)象，斷裂大部分發(fā)生在砂輪軸的砂輪退刀槽處。此處為應(yīng)力集中點(diǎn)，若再加上軸的強(qiáng)度不足，很容易產(chǎn)生斷裂。由此，有必要對(duì)砂輪軸接頭進(jìn)行強(qiáng)度校核，并在分析的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)。

圖1 改進(jìn)前砂輪軸接頭結(jié)構(gòu)示意圖

2 磨削力計(jì)算

砂輪在磨削工件時(shí)，磨粒與工件之間產(chǎn)生磨削力，為了實(shí)際的需要(加工精度)和便于分析，通常將磨削力F分解為3個(gè)相互垂直的分力，其中徑向力Fy是作用于工件半徑方向的分力，是砂輪對(duì)工件的壓力，是磨削力的主要分力。因此，在進(jìn)行磨削力的計(jì)算時(shí)，一般應(yīng)核算Fy的大小[1]。

Fy=9.81CfyZ′0.7B0Ky,

(1)

式中：Fy為徑向磨削力，N；Cfy為切削力影響系數(shù)；Z′為單位寬度磨削量，mm2/min；B0為砂輪寬度，mm；Ky為砂輪硬度系數(shù)。Cfy，Ky值見表1。

表1 Cfy，Ky數(shù)值表

磨削時(shí)每個(gè)磨粒的切削深度和切削寬度相差不大，試驗(yàn)證明，切削深度ap、縱向進(jìn)給量fz和工件轉(zhuǎn)速nw對(duì)磨削力的影響基本相同，所以在計(jì)算磨削力時(shí)，可用砂輪每毫米寬度每分鐘切下的金屬量Z′作為計(jì)算單位，即

(2)

式中：Dw為工件外圓或內(nèi)圓的直徑，mm；縱向進(jìn)給量fz為

fz=(0.2～0.8)B0。

(3)

以實(shí)際加工22316C/01為例進(jìn)行磨削力的計(jì)算，其中，Cfy=0.17，B0=56 mm，Ky=1.10，Dw=170 mm，nw=200 r/min，ap=0.50 mm，fz=0.6×56=33.6 mm/r。計(jì)算得Z′=32 044.245 07 mm2/min，F(xiàn)y=146.5 kN。

3 砂輪軸接頭強(qiáng)度校核

由M8820加工原理和圖1可知，在切削力的作用下，加工外滾道時(shí)砂輪軸接頭可以簡(jiǎn)化為一個(gè)懸臂梁，如圖2所示。

圖2 砂輪軸接頭簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)

砂輪軸接頭軸頸受彎曲應(yīng)力的作用，砂輪軸為實(shí)心軸時(shí)，抗彎截面模量W=πd3/32≈0.1d3。因此，砂輪軸直徑的計(jì)算公式為[2]

(4)

式中：M為作用于軸上的最大彎矩，M=Fy×28=4.102×106N·mm；[δ]為軸使用材料的許用彎曲應(yīng)力，MPa。

實(shí)際所用砂輪軸接頭材料為20#鋼，滲碳后調(diào)質(zhì)處理，經(jīng)查許用彎曲應(yīng)力[δ]=650 MPa，由(4)式得，d≥18.48 mm。而實(shí)際用砂輪軸退刀槽處直徑d=18 mm，顯然砂輪軸接頭退刀槽處斷裂是由于此處彎曲強(qiáng)度不足造成的。

4 改進(jìn)措施

改進(jìn)前砂輪軸接頭上安裝的砂輪采用螺母固定，剩余的砂輪外徑均在55 mm左右。改進(jìn)后的砂輪軸接頭結(jié)構(gòu)如圖3所示，加大了外徑尺寸，并將原來的螺母固定砂輪改為內(nèi)螺釘(M16)固定，不僅增加了砂輪軸的強(qiáng)度，提高了安全性能，而且提高了砂輪的有效利用率。砂輪軸外徑根據(jù)砂輪的孔徑進(jìn)行確定。對(duì)于空心軸，其外徑d2為

圖3 改進(jìn)后的砂輪軸接頭結(jié)構(gòu)

(5)

式中：d2為外徑；α=d1/d2；d1為內(nèi)徑。

進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核，得出d2≥28.86 mm，小于實(shí)際外徑(32 mm)，完全能夠滿足強(qiáng)度的要求，消除了安全隱患，提高了生產(chǎn)效率，試運(yùn)行良好。