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轴承表面磨削出现缺陷的原因 技术

日期:2019-05-24 14:03 作者:ina 阅读:

轴承表面磨削出现缺陷的原因 轴承在磨加工过程中,其工作表面是通过高速旋转的砂轮进行磨削的,因此在磨 削时如果不按作业指导书进行操作和调整设备, 就会在轴承工作表面出现种种缺 陷,以致影响轴承的整体质量。轴承在精密磨削时,由于粗糙要求很高,工作表 面出现的磨削痕迹往往能用肉眼观察到其表面磨削痕迹主要有以下几种。 表现 出现交叉螺旋线痕迹 .. 轴承在磨加工过程中,其工作表面 通过高速旋转的砂轮进行磨削的,因此在磨 削时如果不按作业指导书进行操作和调整设备, 就会在轴承工作表面出现种种缺 陷,以致影响轴承的整体质量。轴承在精密磨削时,由于粗糙要求很高,工作表 面出现的磨削痕迹往往能用肉眼观察到其表面磨削痕迹主要有以下几种。 出现 种痕迹的原因主要是由于砂轮的母线 表现出现交叉螺旋线痕迹 平直性差,存在凹凸现象,在磨削时,砂轮与工件仅是部分接触,当工件或砂轮 数次往返运动后,在工件表现就会再现交叉螺旋线且肉眼可以观察到。这些螺旋 线的螺距与工件台速度、工件转速大小有关,同时也与砂轮轴心线和工作台导轨 不平行有关。
  (一)螺旋线形成的主要原因 1.砂轮修整不良,边角未倒角,未使用冷却液进行修整; 2.工作台导轨导润滑油过多,致使工作台漂浮; 3.机床精度不好; 4.磨削压力过大等。ina直线导轨依按摩擦性质而定,直线运动导轨可以分为滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨等种类。
  (二)螺旋线形成的具有原因 1.V 形导轨刚性不好,当磨削时砂轮产生偏移,只是砂轮边缘与工作表 面接触; 2.修整吵轮时工作台换向速度不稳定,精度不高,使砂轮某一边缘修整 略少; 3.工件本身刚性差; 4.砂轮上有破碎太剥落的砂粒和工件磨削下的铁屑积附在砂轮表面上, 为此应将修整好的砂轮用冷却水冲洗或刷洗干净; 5.砂轮修整不好,有局部凸起等。 表面出现鱼鳞状 表面再现鱼鳞状痕迹的主要原因是由于砂轮的切削刃不够锋利, 在磨削 时发生 ;啃住 ;现象,此时振动较大。造成工件表面出现鱼鳞状痕迹的具体原因 是:
  1. 砂轮表面有垃圾和油污物;
  2. 砂轮未修整圆;
  3. 砂轮变钝。修整不够锋利;
  4. 金刚石紧固架不牢固,金刚石摇动或金刚石质量不好不尖锐;
  5. 砂轮硬度不均匀等。 工作面拉毛 表面再现拉毛痕迹的主要原因是由于粗粒度磨粒脱落后, 磨粒夹在工件与砂 轮之间而造成。 工件表面在磨削时被拉毛的具体原因是:
  1. 粗磨时遗留下来的痕迹,精磨时未磨掉;
  2. 冷却液中粗磨粒与微小磨粒过滤不干净;
  3. 粗粒度砂轮刚修整好时磨粒容易脱落;
  4. 材料韧性有效期或砂轮太软;
  5. 磨粒韧性与工件材料韧性配合不当等。 工件表面有直波形痕迹 我们将磨过的工件垂轴心线截一横断面并放大,可看到其周边近似于正弦 波。使其中心沿轴心线无转动平移,正弦波周边的轨迹便是波形柱面,亦称这为 多角形。 产生直波形的原因是砂轮相对工件的移动或者说砂轮对工件磨削的压力发 生周期性变化而引起振动的原故。 这种振动可能是强迫振动, 也可能是自激振动, 因此工件上的直波频往往不止一种。 产生直波形痕迹的具体原因是:
  1. 砂轮主轴间隙过大;
  2. 砂轮硬度太高;
  3. 砂轮静平衡不好或砂轮变钝;
  4. 工件转速过高;
  5. 横向亓刀太大
  6. 砂轮主轴轴承磨损,配合间隙过大,产生径向跳动;
  7. 砂轮压紧机构或工作台 ;爬行 ;等。 工件表面再现烧伤痕迹 工件表面在磨削过程中往往会烧伤,烧伤有几种类型,一是烧伤沿砂轮加工 方向,呈暗黑色斑块;二是呈线条或断续线条状。 工件表面在磨加工过程中被烧伤,归纳起来有以下几种原因:
  1. 砂轮太硬或粒度太细组织过密;
  2. 进给量过大,切削液供应不足,散热条件差;
  3. 工件转速过低,砂轮转速过快;
  4. 砂轮振摆过大,因磨削深度不断发生变化而烧伤;
  5. 砂轮修整不及时或修整不好;
  6. 金刚石锐利,砂轮修整不好;
  7. 工件粗磨时烧伤过深,精磨留量又太小,没有磨掉;
  8. 工件夹紧力或吸力不足,在磨削力作用下,工件存在停转现象等。 那么工件表面在磨削过程中如何知道是否烧务呢?这要通过定期酸洗即可 检查出来。 工件酸洗后,在表面湿润时,应立即在散光灯下目测检验,正常表面呈均匀 暗灰色。如是软件点,就呈现云彩状暗黑色斑点,且周界不定整;如果脱碳,则 呈现灰白或暗黑色花斑; 如果磨加工裂纹,则裂纹呈龟裂状,如是烧伤,一是 表面沿砂轮加工方向呈现暗黑色斑块,二是呈现线条或断续线条状。 如在磨加工过程中出现上述烧伤现象,必须及时分析原因,采取有效措施加 以解决,杜绝批量烧伤。 表面粗糙度达不到要求 表面粗糙度达不到要求 轴承零件的表面粗糙度均有标准和工艺要求,但在磨加工和超精过程中 , 因种种原因,往往达不到规定的要求。造成工件表面粗糙度达不到要求的主要原 因是:
  1. 磨削速度过低,进给速度过快,进刀量过大,无进给磨削时间过短;
  2. 工件转速过高或工件轴和砂轮轴振动过大;
  3. 砂轮粒度太粗或过软;
  4. 砂轮修整速度过快或修整机构间隙过大;
  5. 修整砂轮的金刚石不锐利或质量不好;
  6. 超精用油石质量不好,安装位置不正确;
  7. 超精用煤油质量达不到要求;
  8. 超精时间过短等; 磨削加工砂轮振动分析和防治图 1 磨削振动模型 图 2 砂轮的不平衡用砂轮进行磨削加工是制造机械零件的 常用方法,也是比较复杂的受力过程和振动过程。振动是磨削加工过程中不可避 免和十分有害的现象,它能够降低工件的精度和表面质量,严重情况下可导致砂 轮的破裂和加工系统的破坏,所以减轻和防止振动是提高磨削质量的重要措施, 振动产生的主要原因是:磨.. 图 1 磨削振动模 . 用砂轮进行磨削加工 制造机械零件的常用方法,也是比较复杂的受力过程和振动过程。 振动是磨削加工过程中不可避免和十分有害的现象, 它能够降低工件的精度和表面质量, 严 重情况下可导致砂轮的破裂和加工系统的破坏, 所以减轻和防止振动是提高磨削质量的重要 措施,振动产生的主要原因是:磨削加工零件时,砂轮工作表面上的每颗磨粒相当一把具有 负前角的微型刀刃,但由于每颗磨粒的形状不规则,导致磨削力的变化; 砂轮的偏心、不 平衡、高速旋转和系统的弹性变形引起砂轮和加工系统的振动; 磨削加工系统内部振动(如 动力部分的振动、传动部分的振动、支承部分的振动)和外部振动(外部振动源传给磨削加工 系统引起的振动); 被磨削件的振动。 1 振动分析 砂轮的不平衡是引起强迫振动的主要原 因,也是比较容易检测的,故下面主要分析砂轮的不平衡引起强迫振动。如图 1,设被加工 件(零件)刚度非常大,显然砂轮在被磨削表面法向(x 轴向)上的振动对工件的精度和表面质 量影响最大,故主要研究 x 轴向的振动。 如图 2,砂轮由于不对称而产生不平衡,设不平 衡部分集中于一点, 其质量为 m, m 的旋转半径为 r, 则产生离心力为 F0=mrw2=mr(2pn/60)2
  (1)式中:w 为砂轮的角速度(rad/s) ; n 为砂轮的转速(r/min)。 离心力 F 在 x 轴上的投影为 Fx=sin(wt+b), b 为 初 相 位 角 。 设 系 统 静 刚 度 为 K , 振 动 系 统 的 运 动 方 程 为
  (2) 方 程 解 得
  (3)式中: wn 为系统固有频率, wn=(K/m), a=C/(2m), 为阻尼系数; C wd=(w2-a2)?; 阻尼比 z=a/wn; 频率比 l=w/wn;q=arctan 2xl/(1-l2) ;v0 为质点 m 初速度;x0 为质点 m 初始位置在 X 轴上 的投影 静变形 d= F0 = F0 k mw2
  (4) 稳态振动响应 H= d [(1-l2)2+(2xl)2]?
  (5)稳态振动响应 H 表明了磨削系统固有的振动特性,降低稳态振动响应,是减轻振动的十分有效措施。INA直线导轨可分为:滚轮直线导轨,圆柱直线导轨,滚珠直线导轨,三种,是用来支撑和引导运动部件,按给定的方向做往复直线运动。 2 振 动的防治措施 图 3 内圆磨削接杆图 提高磨削系统的动态特性 提高磨削系统的刚度 由式
  (4)、式
  (5)可知,提高磨削系统的刚度 K , 可显著降低稳态振动响应 H。由于受空间位置和几何尺寸的限制,内圆磨床接杆一般是 细而长(如图 3) ,降低了接杆的刚度,是引起振动的主要原因。在 M2110A 内圆磨床上磨 削一零件内孔,零件是淬火钢,孔径是 50.4Omm ,选用内外径分别是 6mm 、30mm 陶瓷 结合剂平行砂轮,砂轮转速 14,400r/min , 工件转速 20Or/min ,图 4 表明了内圆磨床接杆悬 伸长度 L 与砂轮稳态振动响应 H 之间的关系,显然,L 愈大,磨削系统的刚度 K 愈小,砂 轮稳态振动响应 H 愈大。增加磨削系统的阻尼和避开共振区 由式
  (5)可知,提高磨削系统的 阻尼,可显著降低稳态振动响应 H 。磨床上大部分阻尼产生于导轨面和连接面,在其导轨 面上建立油膜,主轴采用滑动轴承支承,可显著提高磨削系统的阻尼。 当振动频率 w 接近 系统固有频率 w0 时,l≈1 , 系统发生共振,砂轮振幅剧增,应尽量避免。 采用减振装置 图 5 砂轮上装减振器 图 6 装减振器前后的幅频特性曲线在 M1040 无心磨床上磨削直径为 20mm 圆柱滚 子零件时,其表面产生棱形波纹,经测试发现当振动频率为 160~18OHz 时,磨 头振幅最大,发生共振现象。对磨头进行激振试验时发现,系统固有频率为 17lHz ,为降低系统固有频率,在无心磨床砂轮主轴外端安装阻尼减振器(如图 5) ,减振器的外壳与砂轮主轴刚性连接,附加质量滑套在减振器的轴上,外壳 与附加质量之间充满具有一定阻尼的液压油。装上减振器后,经测试,发现系统 固有频率降为 105Hz ,系统稳定性显著改善,零件质量也大为改善(如图 6)。 图 7 对砂轮进行修整前后的振幅 及时清理砂轮磨削表面 某厂在磨削一台阶长轴时,开始时磨削效果较好,一段 时间后产生较强振动现象,经仔细检查,发现砂轮表面阻塞,用金刚笔修整后, 振动明显减轻(如图 7)。 总之,振动是磨削加工中常见现象,也是一个复杂的 物理过程,它严重影响了零件质量。
  
特别是随着技术的发展,磨削加工朝高速高 质量方向发展,磨削加工中防振更显重要。ina导轨又称滑轨、线性导轨、线性滑轨,用于直线往复运动场合,拥有比直线轴承更高的额定负载, 同时可以承担一定的扭矩,可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。 磨削加工过程中进行在线测量的起因和 做法你曾为一种新的用途, 确定最好的磨床和磨具而伤过脑筋, 因为你要和磨床和磨具的供应厂 家讨论决定最佳的磨削和进给速度,你要很好地培训操作 员。然而,在开始工作数天或 数周后你的质量控制管理人员告诉你, 台新机床不能加工出合格的零件,届时你必须验 明和确定问题所在,并找出各种影响磨削过程的变量,这不 件容易的事。 为避免这种情况, 越来越多的制造厂转向在磨削加工过程中进行测量, 这一测量战略被称 为 ;在线测量 ;因为它是在零件被加工时监控零件的尺寸。虽然在 50 年代初已有这种闭环 过程控制方法,然而仅在近年来,由于在线测量系统功能的强化、耐用和简便才成为车间实 际的选择。 在线测量使用户能:控制磨削工艺;砂轮修整后,机床能快速回 ;零 ;;根据零件尺寸,马 上调整周期;获得实时反馈以加快故障问题的处理和工艺分析。 因为零件被测量,并在实时的基础上进行补偿,磨削加工的在线测量不需要统计跟踪。机 床的实际控制依赖于每个零件加工时的各种条件。 在应用中,测量头必须皮实,能承受 时间暴露在带磨料和磨屑的冷却液之中。皮实必 然要求简单。一般说,简单的测量仪器有较好的热稳定性,同时测量仪的零件数越少就越好 维修,维修也越快。 ;越简单越好 ;的原则也适用于测量仪的接口,它应该是有高度可视性和有图标,以便快速 安装和减少操作者产生错误的机会。 另外,要磨的零件表面往往是断续的,测量系统必须能精确的测量其真实尺寸,甚至包括 在测量区内的断续部份的尺寸。零件的误差要求达到 3?m 并非罕见,用在线测量所得到的 结果证明了它的用处。注意,一种双指/双传感器的磨床测量仪在全过程中能达到最高的测 量精度,而且因为它能使你分别看每个传感器,所以也可用作工艺分析。 当操作人员看到测量仪波动时, 他也许错误的认为量仪有问题, 事实上这波动可能正是工 艺存在某些问题的第一迹象。例如,如果材料切削率慢慢下降,这表明砂轮需要修正,测量 中的波动也可能表明是零件变形的问题, 这就需要再增加一个中心支架, 减少砂轮压力或以 不同的方向修正砂轮。 通过监视和修正磨削工艺, 在线测量能在制造的早期阶段消除质量问题, 而不是生产出废 件并在检查阶段甚至在装配阶段才发现问题, 这样你就不会制造废品了。 从而使你质量保证 成本有了实质性下降,这被称之谓 ;质量杠杆 ;的概念。 总而言之, ;质量杠杆 ;的概念是在生产中越早修正或改进质量,则确定工艺和降低成本的 效益就越大。在生产过程的最后阶段,即当产品要发运给用户时,在这阶段确定质量问题则 费用就很大,更槽的是这时已不能改变工艺来防止再发生问题。 情况是不同的, 从理论上讲在生产过程的初始阶段即产品技术准备阶段, 这时在质量上的 投资回报和到产品发货时相比将是 100:1。在制造工程阶段(即在金属加工阶段) ,以模块 测量或探测为基础的闭环过程控制上投资收益比后来在质量控制(QC)或检查阶段来改进 要大数十倍。如果你要等到在装配阶段再改进,则将无投资回报可言。 ;质量杠杆 ;清楚地表 明在生产过程中越早确定质量问题则效益就越大,成本就越低,你等的时间越长,收益就越 小,成本就越大。
  
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