轴承套圈锻造技术创新（旋转光饰技术在复杂结构轴承套圈加工中的应用）

针对传统振动光饰加工的复杂结构轴承套圈表面加工纹路明显，沟、槽等部位存在较锐的棱边，倒角过渡不圆滑，套圈表面色泽一致性较差的问题，采用了旋转光饰技术。旋转光饰过程中，套圈高速自转，游离状态的磨块会形成强大的磨粒流，以一定的作用力碰撞、滚压和滑擦套圈表面。实际加工结果表明，旋转光饰的套圈表面粗糙度明显降低。

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概述

随着科学技术的不断进步，航空发动机轴承向精密化、智能化、数字化、网络化等方向发展，对轴承零件的表面质量要求也越来越高。轴承零件表面质量不仅影响外观形貌，也会影响产品的性能和稳定性。

异型凸缘(图1a)及折返弹支(图1b)等一体化集成结构的新一代航空发动机主轴轴承尺寸大，套圈表面孔、沟、槽、棱等密集分布，原振动光饰技术已不能满足表面加工质量要求。为改善该类轴承套圈表面加工质量，提高轴承寿命及可靠性，需开展光饰技术研究。

图1 新一代航空发动机主轴轴承

Fig.1 New generation aero engine spindle bearings

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振动光饰技术

轴承套圈表面缺陷包括毛刺、锐角、孔和槽内的杂物等，这些部位为不规则空间，采用车、磨、钻、铣等工艺难于去除，仅能通过手工打磨和透孔等方法加工，效率低，外观质量及一致性差。振动光饰技术可去除划痕、微观裂纹等表面缺陷及棱边毛刺，保证倒角圆滑过渡，改善零件表面粗糙度和光亮程度，提高零件表面洁净度。

振动光饰机结构示意图如图2所示，加工时将一定量轴承套圈散放在筒体中，套圈与磨料、研磨液均处于自由状态，在激振力作用下套圈与磨料、研磨液相互包容并做回转和翻转运动。振动光饰适用于常规轴承套圈，对于尺寸较大，表面孔、沟、槽、棱等密集分布的复杂结构轴承套圈，振动光饰后套圈表面加工纹路明显，孔、沟、槽等部位存在锐角，且倒角过渡不圆滑，表面色泽一致性差，不光亮，不能满足套圈表面加工质量要求，故采用旋转光饰技术。

1—弹簧；2—磨料；3—料槽；4—激振器；5—底座。

图2 振动光饰机结构示意图

Fig.2 Structural diagram of vibration polisher

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旋转光饰技术

3.1 工作原理

旋转光饰适合外径80 mm 以上的中大型复杂结构轴承套圈表面的加工，旋转光饰机结构示意图如图3所示，标准机型有6根同步旋转的主轴和1个料箱，1根主轴可装夹2个轴承套圈，一次最多完成12个轴承套圈的加工。

旋转光饰时，轴承套圈通过夹具夹持在主轴上，再通过丝杠、丝母传动到装满磨料与研磨液(下称磨块)的料箱中，主轴带动轴承套圈转动，料箱带动磨块转动，两者转动方向相反，形成复杂的相对运动。转动过程中磨块以一定的作用力碰撞、滚压、滑擦套圈表面，实现套圈表面加工。带有磨液的喷淋水将毛刺、杂质等带入水循环系统过滤。

1—机架；2—横梁体；3—升降体；4—主轴箱；5—防护体；6—料箱；7—料箱驱动。

图3 旋转光饰机结构示意图

Fig.3 Structural diagram of rotary polishing machine

3.2 磨块

磨块由磨料和研磨液组成，磨料为棕刚玉，为保证磨料旋转时阻力较小，在套圈各个位置自由运动，使套圈充分研磨，磨料选择不规则状、小尺寸。研磨液为碱性研磨助剂与水的混合物，配比为1:200。

3.3 工艺参数

夹紧套圈两端面加工套圈外表面，夹紧套圈外表面加工套圈内表面。转速是旋转光饰工艺的重要参数，主轴转速高于料箱转速，二者方向相反。主轴转速n1一般为70 r/ min，料箱转速n2=0.7n1=49 r/ min。套圈内、外表面旋转光饰时间分别为20~40，10~30 min。

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旋转光饰效果

以外径235 mm的轴承外圈为例，分析轴承旋转光饰效果。

4.1 加工精度

旋转和振动光饰后套圈各项技术指标见表1，2种光饰技术套圈尺寸均有不超过0.002 mm的稳定消耗，滚道单一平面外径变动量、圆度及直线性变化较小，对尺寸、精度控制效果相当。

表1 旋转和振动光饰后套圈各项技术指标

Tab. 1 Various technical indicators of rings after rotary and vibration polishing

4.2 表面质量

旋转和振动光饰后套圈表面质量如图4所示，旋转光饰后套圈棱边及倒角圆滑过渡，槽和孔等部位的毛刺彻底去除，表面色泽光亮、一致，纹路细腻，优于振动光饰。

图4 旋转和振动光饰后套圈表面质量

Fig.4 Surface quality of rings after rotary and vibration polishing

旋转和振动光饰后套圈表面粗糙度Ra值见表2，旋转光饰后套圈表面粗糙度值明显减小，优于振动光饰。这是由于旋转光饰时套圈高速自转，游离状态的磨块会形成强大的磨粒流，并以一定的作用力碰撞、滚压和滑擦套圈表面，有效去除套圈表面锐边、毛刺，降低表面粗糙度。

表2 旋转和振动光饰后套圈表面粗糙度Ra

Tab.2 Surface roughness Ra of rings after rotary and vibration polishing

μm

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结束语

通过旋转光饰技术，明显提高了复杂结构航空发动机主轴轴承套圈的表面加工质量，满足了该类产品的加工需求。

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