軸承表面磨削出現(xiàn)缺陷的原因 三泰軸承技術

軸承表面磨削出現(xiàn)缺陷的原因 軸承在磨加工過程中，其工作表面是通過高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進行磨削的，因此在磨 削時如果不按作業(yè)指導書進行操作和調(diào)整設備， 就會在軸承工作表面出現(xiàn)種種缺 陷，以致影響軸承的整體質(zhì)量。軸承在精密磨削時，由于粗糙要求很高，工作表 面出現(xiàn)的磨削痕跡往往能用肉眼觀察到其表面磨削痕跡主要有以下幾種。 表現(xiàn) 出現(xiàn)交叉螺旋線痕跡 ... 軸承在磨加工過程中，其工作表面 通過高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進行磨削的，因此在磨 削時如果不按作業(yè)指導書進行操作和調(diào)整設備， 就會在軸承工作表面出現(xiàn)種種缺 陷，以致影響軸承的整體質(zhì)量。軸承在精密磨削時，由于粗糙要求很高，工作表 面出現(xiàn)的磨削痕跡往往能用肉眼觀察到其表面磨削痕跡主要有以下幾種。 出現(xiàn) 種痕跡的原因主要是由于砂輪的母線 表現(xiàn)出現(xiàn)交叉螺旋線痕跡 平直性差，存在凹凸現(xiàn)象，在磨削時，砂輪與工件僅是部分接觸，當工件或砂輪 數(shù)次往返運動后，在工件表現(xiàn)就會再現(xiàn)交叉螺旋線且肉眼可以觀察到。這些螺旋 線的螺距與工件臺速度、工件轉(zhuǎn)速大小有關，同時也與砂輪軸心線和工作臺導軌 不平行有關。 （一）螺旋線形成的主要原因 1.砂輪修整不良，邊角未倒角，未使用冷卻液進行修整； 2.工作臺導軌導潤滑油過多，致使工作臺漂??； 3.機床精度不好； 4.磨削壓力過大等。 （二）螺旋線形成的具有原因 1.V 形導軌剛性不好，當磨削時砂輪產(chǎn)生偏移，只是砂輪邊緣與工作表 面接觸； 2.修整吵輪時工作臺換向速度不穩(wěn)定，精度不高，使砂輪某一邊緣修整 略少； 3.工件本身剛性差； 4.砂輪上有破碎太剝落的砂粒和工件磨削下的鐵屑積附在砂輪表面上， 為此應將修整好的砂輪用冷卻水沖洗或刷洗干凈； 5.砂輪修整不好，有局部凸起等。 表面出現(xiàn)魚鱗狀 表面再現(xiàn)魚鱗狀痕跡的主要原因是由于砂輪的切削刃不夠鋒利， 在磨削 時發(fā)生“啃住”現(xiàn)象，此時振動較大。造成工件表面出現(xiàn)魚鱗狀痕跡的具體原因 是： 1. 砂輪表面有垃圾和油污物； 2. 砂輪未修整圓； 3. 砂輪變鈍。修整不夠鋒利； 4. 金剛石緊固架不牢固，金剛石搖動或金剛石質(zhì)量不好不尖銳； 5. 砂輪硬度不均勻等。 工作面拉毛 表面再現(xiàn)拉毛痕跡的主要原因是由于粗粒度磨粒脫落后， 磨粒夾在工件與砂 輪之間而造成。 工件表面在磨削時被拉毛的具體原因是： 1. 粗磨時遺留下來的痕跡，精磨時未磨掉； 2. 冷卻液中粗磨粒與微小磨粒過濾不干凈； 3. 粗粒度砂輪剛修整好時磨粒容易脫落； 4. 材料韌性有效期或砂輪太軟； 5. 磨粒韌性與工件材料韌性配合不當?shù)取?工件表面有直波形痕跡 我們將磨過的工件垂軸心線截一橫斷面并放大，可看到其周邊近似于正弦 波。使其中心沿軸心線無轉(zhuǎn)動平移，正弦波周邊的軌跡便是波形柱面，亦稱這為 多角形。 產(chǎn)生直波形的原因是砂輪相對工件的移動或者說砂輪對工件磨削的壓力發(fā) 生周期性變化而引起振動的原故。 這種振動可能是強迫振動， 也可能是自激振動， 因此工件上的直波頻往往不止一種。 產(chǎn)生直波形痕跡的具體原因是： 1. 砂輪主軸間隙過大； 2. 砂輪硬度太高； 3. 砂輪靜平衡不好或砂輪變鈍； 4. 工件轉(zhuǎn)速過高； 5. 橫向亓刀太大 6. 砂輪主軸軸承磨損，配合間隙過大，產(chǎn)生徑向跳動； 7. 砂輪壓緊機構或工作臺“爬行”等。 工件表面再現(xiàn)燒傷痕跡 工件表面在磨削過程中往往會燒傷，燒傷有幾種類型，一是燒傷沿砂輪加工 方向，呈暗黑色斑塊；二是呈線條或斷續(xù)線條狀。 工件表面在磨加工過程中被燒傷，歸納起來有以下幾種原因： 1. 砂輪太硬或粒度太細組織過密； 2. 進給量過大，切削液供應不足，散熱條件差； 3. 工件轉(zhuǎn)速過低，砂輪轉(zhuǎn)速過快； 4. 砂輪振擺過大，因磨削深度不斷發(fā)生變化而燒傷； 5. 砂輪修整不及時或修整不好； 6. 金剛石銳利，砂輪修整不好； 7. 工件粗磨時燒傷過深，精磨留量又太小，沒有磨掉； 8. 工件夾緊力或吸力不足，在磨削力作用下，工件存在停轉(zhuǎn)現(xiàn)象等。 那么工件表面在磨削過程中如何知道是否燒務呢？這要通過定期酸洗即可 檢查出來。 工件酸洗后，在表面濕潤時，應立即在散光燈下目測檢驗，正常表面呈均勻 暗灰色。如是軟件點，就呈現(xiàn)云彩狀暗黑色斑點，且周界不定整；如果脫碳，則 呈現(xiàn)灰白或暗黑色花斑； 如果磨加工裂紋，則裂紋呈龜裂狀，如是燒傷，一是 表面沿砂輪加工方向呈現(xiàn)暗黑色斑塊，二是呈現(xiàn)線條或斷續(xù)線條狀。 如在磨加工過程中出現(xiàn)上述燒傷現(xiàn)象，必須及時分析原因，采取有效措施加 以解決，杜絕批量燒傷。 表面粗糙度達不到要求 表面粗糙度達不到要求 軸承零件的表面粗糙度均有標準和工藝要求，但在磨加工和超精過程中 ， 因種種原因，往往達不到規(guī)定的要求。造成工件表面粗糙度達不到要求的主要原 因是： 1. 磨削速度過低，進給速度過快，進刀量過大，無進給磨削時間過短； 2. 工件轉(zhuǎn)速過高或工件軸和砂輪軸振動過大； 3. 砂輪粒度太粗或過軟； 4. 砂輪修整速度過快或修整機構間隙過大； 5. 修整砂輪的金剛石不銳利或質(zhì)量不好； 6. 超精用油石質(zhì)量不好，安裝位置不正確； 7. 超精用煤油質(zhì)量達不到要求； 8. 超精時間過短等； 磨削加工砂輪振動分析和防治圖 1 磨削振動模型 圖 2 砂輪的不平衡用砂輪進行磨削加工是制造機械零件的 常用方法，也是比較復雜的受力過程和振動過程。振動是磨削加工過程中不可避 免和十分有害的現(xiàn)象，它能夠降低工件的精度和表面質(zhì)量，嚴重情況下可導致砂 輪的破裂和加工系統(tǒng)的破壞，所以減輕和防止振動是提高磨削質(zhì)量的重要措施， 振動產(chǎn)生的主要原因是：磨... 圖 1 磨削振動模 . 用砂輪進行磨削加工 制造機械零件的常用方法，也是比較復雜的受力過程和振動過程。 振動是磨削加工過程中不可避免和十分有害的現(xiàn)象， 它能夠降低工件的精度和表面質(zhì)量， 嚴 重情況下可導致砂輪的破裂和加工系統(tǒng)的破壞， 所以減輕和防止振動是提高磨削質(zhì)量的重要 措施，振動產(chǎn)生的主要原因是：磨削加工零件時，砂輪工作表面上的每顆磨粒相當一把具有 負前角的微型刀刃，但由于每顆磨粒的形狀不規(guī)則，導致磨削力的變化； 砂輪的偏心、不 平衡、高速旋轉(zhuǎn)和系統(tǒng)的彈性變形引起砂輪和加工系統(tǒng)的振動； 磨削加工系統(tǒng)內(nèi)部振動(如 動力部分的振動、傳動部分的振動、支承部分的振動)和外部振動(外部振動源傳給磨削加工 系統(tǒng)引起的振動); 被磨削件的振動。 1 振動分析 砂輪的不平衡是引起強迫振動的主要原 因，也是比較容易檢測的，故下面主要分析砂輪的不平衡引起強迫振動。如圖 1，設被加工 件(零件)剛度非常大，顯然砂輪在被磨削表面法向(x 軸向)上的振動對工件的精度和表面質(zhì) 量影響最大，故主要研究 x 軸向的振動。 如圖 2，砂輪由于不對稱而產(chǎn)生不平衡，設不平 衡部分集中于一點， 其質(zhì)量為 m, m 的旋轉(zhuǎn)半徑為 r， 則產(chǎn)生離心力為 F0=mrw2=mr(2pn/60)2 (1)式中：w 為砂輪的角速度(rad/s) ; n 為砂輪的轉(zhuǎn)速(r/min)。 離心力 F 在 x 軸上的投影為 Fx=sin(wt+b), b 為 初 相 位 角 。 設 系 統(tǒng) 靜 剛 度 為 K ， 振 動 系 統(tǒng) 的 運 動 方 程 為 (2) 方 程 解 得 (3)式中： wn 為系統(tǒng)固有頻率， wn=(K/m)?， a=C/(2m)， 為阻尼系數(shù)； C wd=(w2-a2)?； 阻尼比 z=a/wn； 頻率比 l=w/wn；q=arctan 2xl/(1-l2) ；v0 為質(zhì)點 m 初速度；x0 為質(zhì)點 m 初始位置在 X 軸上 的投影 靜變形 d= F0 = F0 k mw2(4) 穩(wěn)態(tài)振動響應 H= d [(1-l2)2+(2xl)2]?(5)穩(wěn)態(tài)振動響應 H 表明了磨削系統(tǒng)固有的振動特性，降低穩(wěn)態(tài)振動響應，是減輕振動的十分有效措施。 2 振 動的防治措施 圖 3 內(nèi)圓磨削接桿圖 提高磨削系統(tǒng)的動態(tài)特性 提高磨削系統(tǒng)的剛度 由式(4)、式(5)可知，提高磨削系統(tǒng)的剛度 K , 可顯著降低穩(wěn)態(tài)振動響應 H。由于受空間位置和幾何尺寸的限制，內(nèi)圓磨床接桿一般是 細而長(如圖 3) ，降低了接桿的剛度，是引起振動的主要原因。在 M2110A 內(nèi)圓磨床上磨 削一零件內(nèi)孔，零件是淬火鋼，孔徑是 50.4Omm ，選用內(nèi)外徑分別是 6mm 、30mm 陶瓷 結(jié)合劑平行砂輪，砂輪轉(zhuǎn)速 14,400r/min , 工件轉(zhuǎn)速 20Or/min ，圖 4 表明了內(nèi)圓磨床接桿懸 伸長度 L 與砂輪穩(wěn)態(tài)振動響應 H 之間的關系，顯然，L 愈大，磨削系統(tǒng)的剛度 K 愈小，砂 輪穩(wěn)態(tài)振動響應 H 愈大。增加磨削系統(tǒng)的阻尼和避開共振區(qū) 由式(5)可知，提高磨削系統(tǒng)的 阻尼，可顯著降低穩(wěn)態(tài)振動響應 H 。磨床上大部分阻尼產(chǎn)生于導軌面和連接面，在其導軌 面上建立油膜，主軸采用滑動軸承支承，可顯著提高磨削系統(tǒng)的阻尼。 當振動頻率 w 接近 系統(tǒng)固有頻率 w0 時，l≈1 , 系統(tǒng)發(fā)生共振，砂輪振幅劇增，應盡量避免。 采用減振裝置 圖 5 砂輪上裝減振器 圖 6 裝減振器前后的幅頻特性曲線在 M1040 無心磨床上磨削直徑為 20mm 圓柱滾 子零件時，其表面產(chǎn)生棱形波紋，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)當振動頻率為 160～18OHz 時，磨 頭振幅最大，發(fā)生共振現(xiàn)象。對磨頭進行激振試驗時發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)固有頻率為 17lHz ，為降低系統(tǒng)固有頻率，在無心磨床砂輪主軸外端安裝阻尼減振器(如圖 5) ，減振器的外殼與砂輪主軸剛性連接，附加質(zhì)量滑套在減振器的軸上，外殼 與附加質(zhì)量之間充滿具有一定阻尼的液壓油。裝上減振器后，經(jīng)測試，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng) 固有頻率降為 105Hz ，系統(tǒng)穩(wěn)定性顯著改善，零件質(zhì)量也大為改善(如圖 6)。 圖 7 對砂輪進行修整前后的振幅 及時清理砂輪磨削表面 某廠在磨削一臺階長軸時，開始時磨削效果較好，一段 時間后產(chǎn)生較強振動現(xiàn)象，經(jīng)仔細檢查，發(fā)現(xiàn)砂輪表面阻塞，用金剛筆修整后， 振動明顯減輕(如圖 7)。 總之，振動是磨削加工中常見現(xiàn)象，也是一個復雜的 物理過程，它嚴重影響了零件質(zhì)量。寧波三泰軸承有限公司 0574-87220315 13065807009 傳真：87223781 m.huizhouweb.com

特別是隨著技術的發(fā)展，磨削加工朝高速高 質(zhì)量方向發(fā)展，磨削加工中防振更顯重要。 磨削加工過程中進行在線測量的起因和 做法你曾為一種新的用途， 確定最好的磨床和磨具而傷過腦筋， 因為你要和磨床和磨具的供應廠 家討論決定最佳的磨削和進給速度，你要很好地培訓操作 員。然而，在開始工作數(shù)天或 數(shù)周后你的質(zhì)量控制管理人員告訴你， 臺新機床不能加工出合格的零件，屆時你必須驗 明和確定問題所在，并找出各種影響磨削過程的變量，這不 件容易的事。 為避免這種情況， 越來越多的制造廠轉(zhuǎn)向在磨削加工過程中進行測量， 這一測量戰(zhàn)略被稱 為“在線測量”，因為它是在零件被加工時監(jiān)控零件的尺寸。雖然在 50 年代初已有這種閉環(huán) 過程控制方法，然而僅在近年來，由于在線測量系統(tǒng)功能的強化、耐用和簡便才成為車間實 際的選擇。 在線測量使用戶能：控制磨削工藝；砂輪修整后，機床能快速回“零”；根據(jù)零件尺寸，馬 上調(diào)整周期；獲得實時反饋以加快故障問題的處理和工藝分析。 因為零件被測量，并在實時的基礎上進行補償，磨削加工的在線測量不需要統(tǒng)計跟蹤。機 床的實際控制依賴于每個零件加工時的各種條件。 在應用中，測量頭必須皮實，能承受 時間暴露在帶磨料和磨屑的冷卻液之中。皮實必 然要求簡單。一般說，簡單的測量儀器有較好的熱穩(wěn)定性，同時測量儀的零件數(shù)越少就越好 維修，維修也越快。 “越簡單越好”的原則也適用于測量儀的接口，它應該是有高度可視性和有圖標，以便快速 安裝和減少操作者產(chǎn)生錯誤的機會。 另外，要磨的零件表面往往是斷續(xù)的，測量系統(tǒng)必須能精確的測量其真實尺寸，甚至包括 在測量區(qū)內(nèi)的斷續(xù)部份的尺寸。零件的誤差要求達到 3?m 并非罕見，用在線測量所得到的 結(jié)果證明了它的用處。注意，一種雙指/雙傳感器的磨床測量儀在全過程中能達到最高的測 量精度，而且因為它能使你分別看每個傳感器，所以也可用作工藝分析。 當操作人員看到測量儀波動時， 他也許錯誤的認為量儀有問題， 事實上這波動可能正是工 藝存在某些問題的第一跡象。例如，如果材料切削率慢慢下降，這表明砂輪需要修正，測量 中的波動也可能表明是零件變形的問題， 這就需要再增加一個中心支架， 減少砂輪壓力或以 不同的方向修正砂輪。 通過監(jiān)視和修正磨削工藝， 在線測量能在制造的早期階段消除質(zhì)量問題， 而不是生產(chǎn)出廢 件并在檢查階段甚至在裝配階段才發(fā)現(xiàn)問題， 這樣你就不會制造廢品了。 從而使你質(zhì)量保證 成本有了實質(zhì)性下降，這被稱之謂“質(zhì)量杠桿”的概念。 總而言之，“質(zhì)量杠桿”的概念是在生產(chǎn)中越早修正或改進質(zhì)量，則確定工藝和降低成本的 效益就越大。在生產(chǎn)過程的最后階段，即當產(chǎn)品要發(fā)運給用戶時，在這階段確定質(zhì)量問題則 費用就很大，更槽的是這時已不能改變工藝來防止再發(fā)生問題。 情況是不同的， 從理論上講在生產(chǎn)過程的初始階段即產(chǎn)品技術準備階段， 這時在質(zhì)量上的 投資回報和到產(chǎn)品發(fā)貨時相比將是 100：1。在制造工程階段（即在金屬加工階段） ，以模塊 測量或探測為基礎的閉環(huán)過程控制上投資收益比后來在質(zhì)量控制（QC）或檢查階段來改進 要大數(shù)十倍。如果你要等到在裝配階段再改進，則將無投資回報可言。“質(zhì)量杠桿”清楚地表 明在生產(chǎn)過程中越早確定質(zhì)量問題則效益就越大，成本就越低，你等的時間越長，收益就越 小，成本就越大。 寧波三泰軸承有限公司 0574-87220315 13065807009 傳真：87223781 m.huizhouweb.com