專利名稱：滾子軸承滾道凸度的脈沖電化學(xué)加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬軸承滾道加工領(lǐng)域，采用脈沖電化學(xué)加工方法加工軸承滾道。
背景技術(shù)：
N類滾子軸承、短圓柱滾子軸承和3類圓錐滾子軸承在承載狀態(tài)下，因?yàn)闈L子發(fā)生彈性變形和塑性變形，滾子和內(nèi)、外滾道母線的兩側(cè)端部均存在高度應(yīng)力集中，由這種應(yīng)力所導(dǎo)致的疲勞破壞、剝落向中間發(fā)展，常導(dǎo)致整個(gè)軸承失效。這是造成軸承壽命和旋轉(zhuǎn)精度下降的重要原因。將軸承套圈滾道由直母線改為圓弧形母線凸度滾道，能有效地改善滾動(dòng)接觸區(qū)的應(yīng)力分布，既可在較大程度上減少或消除滾子的邊緣應(yīng)力集中，有利于液體潤滑，又可改善由于安裝和加工誤差等原因而產(chǎn)生的不同心度及主軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的撓曲度而導(dǎo)致的滾子偏載現(xiàn)象。很多實(shí)驗(yàn)也已證實(shí)，采用帶凸度套圈滾道，可使軸承壽命提高2-3倍。目前，國外發(fā)達(dá)國家對(duì)圓柱、圓錐滾子軸承滾道產(chǎn)品設(shè)計(jì)大都要求帶凸度，國內(nèi)出口產(chǎn)品也都要求加工出滾道凸度，因此選擇合適的加工套圈滾道凸度的方法日益重要。
中國專利公報(bào)，專利號(hào)96107902.9公開了一種滾子軸承滾道凸度的磨削工藝，其特點(diǎn)是先加工出砂輪模具上用的模塊，并加工出所需數(shù)量，把模塊按位置要求分別固定在圓筒體上，組成砂輪模具，加料制出所需間斷砂輪，用上述制出間斷砂輪去加工出滾子軸承滾道凸度。中國專利公報(bào)，專利號(hào)96220543.5公開了一種“切入—貫穿”兩步法軸承套圈凸度母線滾道超精機(jī)床，該機(jī)床有二個(gè)工件主軸和二個(gè)超精振蕩機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)從“粗超”到“精超”的“兩步法”超精。采用寬度小于軸承套圈滾道表面母線長度1/2的窄油石，在作高頻小振幅“切入”法超精運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，油石以沿母線方向作變速度大往復(fù)“貫穿”運(yùn)動(dòng)，超精出帶凸度母線的滾道表面?？梢钥闯觯壳拜S承滾道凸度加工的主要方法是利用成形砂輪或使工件軸與砂輪軸傾斜一定角度，在磨床上磨出理論上所要求的凸度曲線，然后利用超精加工，在整個(gè)素線長度上，同步提高表面質(zhì)量。但由于成品滾道凸度通常在5-10μm(有時(shí)小于3μm)，這在凸度磨削中很難控制。另外，因要求預(yù)留超精加工的加工余量，更增加了準(zhǔn)確控制凸度的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問題，提供一種簡便、易控，且可同時(shí)清除邊緣微小毛刺的滾道凸度脈沖電化學(xué)加工方法，比磨削加工更容易控制，加工質(zhì)量穩(wěn)定，運(yùn)動(dòng)簡單，無加工變形及殘余應(yīng)力。成本低、生產(chǎn)率高、表面質(zhì)量好。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種滾子軸承滾道凸度的脈沖電化學(xué)加工方法，采用脈沖電化學(xué)陽極溶解加工軸承滾道凸度，包括工件[1]、電極[2]屏蔽板[3]和電解液；a).先將被加工的軸承套圈放置于專用機(jī)床上，軸承套圈為工件[1]，是陽極，工件[1]可繞自身軸線回轉(zhuǎn)；由金屬或石墨制造的電極[2]為陰極，呈板狀，厚度為軸承外徑的1/15-1/20；將電極[2]修形，其修形線呈中凹形；屏蔽板[3]由絕緣材料制成，控制電極間隙為0.4-0.2mm，沿軸承滾道軸向中點(diǎn)向兩側(cè)逐漸減小；b).電解液由泵輸送，極間充滿電解液，電解液主要成分為10-20％硝酸鈉水溶液，電解液溫度為18-30℃，流量為1000L/h，壓力為0.5-1.0kg/cm2c).電源采用脈沖直流電源，電壓為0-24V，電流密度為15-45A/cm2。電源正極接工件[1]，負(fù)極接電極[2]；控制電極[2]與工件[1]之間的相對(duì)速度為0.1-0.6m/s；依次啟動(dòng)電解液泵、驅(qū)動(dòng)工件回轉(zhuǎn)的電機(jī)，并接通脈沖直流電源后，工件[1]在電化學(xué)作用下產(chǎn)生陽極溶解，使?jié)L道表面各處的蝕除速度與該處的電流密度成正比關(guān)系，軸承滾道產(chǎn)生連續(xù)的不均勻陽極溶解，得到所需要的凸度，電解產(chǎn)物被高速流動(dòng)的電解液沖刷、帶走，完成滾道凸度加工。
本發(fā)明的效果是采用本發(fā)明的方法加工滾子軸承滾道凸度比磨削凸度后進(jìn)行超精加工更容易控制；可在凸度加工同時(shí)，清除滾道邊緣微小毛刺；克服了現(xiàn)有技術(shù)中因使用砂輪、油石等磨具帶來的工序多、運(yùn)動(dòng)復(fù)雜等問題，克服了成形法凸度磨削中，因頻繁修整砂輪帶來的磨具損耗和加工質(zhì)量不穩(wěn)定等問題；克服了砂輪、工件軸線交叉法凸度磨削中裝置及運(yùn)動(dòng)復(fù)雜的問題；與機(jī)械凸度加工方法相比，脈沖電化學(xué)凸度加工表面無切削痕跡、無加工變形及殘余應(yīng)力、不改變滾道材料原有機(jī)械性質(zhì)。因此，軸承滾道凸度的脈沖電化學(xué)加工是一項(xiàng)成本低、生產(chǎn)率高、表面質(zhì)量好的加工新技術(shù)，所需設(shè)備投資較少，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。


圖1是滾子軸承滾道凸度脈沖電化學(xué)加工原理示意圖，其中1-工件，2-電極，3-屏蔽板，4-卡盤；圖2是圖1的A-A剖視圖，其中5-電解液，6-為電解液通道；圖3是圖1的B向視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的滾子軸承套圈滾道凸度脈沖電化學(xué)加工方法的一個(gè)實(shí)施案例如圖1、圖2、圖3所示。根據(jù)電化學(xué)加工陽極溶解原理，將被加工軸承圈作為陽極放置于專用機(jī)床上，使極間充滿電解液，并在軸承圈與另外設(shè)置的陰極體之間通以低壓脈沖直流電，軸承滾道金屬發(fā)生陽極溶解而被蝕除。在陽極溶解過程中，滾道表面各處的蝕除速度與該處的電流密度呈正比關(guān)系。合理設(shè)計(jì)陰極并設(shè)置屏蔽，可控制加工區(qū)電場，使?jié)L道表面電流密度沿母線方向按凸度要求合理分布，滾道表面金屬也將按凸度加工要求蝕除，從而達(dá)到滾道表面凸度形狀的要求，同時(shí)，清除機(jī)加工形成的微小毛刺。電極體可采用不銹鋼或銅質(zhì)材料制成。屏蔽板可用尼龍或聚四氟乙烯制造。電源采用脈沖直流電源，電壓為0-24V連續(xù)可調(diào)。電源正極接工件，負(fù)極接電極體。電解液要求加工精度高，腐蝕性小，成本低，使用壽命長，加工效率高，對(duì)環(huán)境污染小，電解液的主要成分為硝酸鈉(NaNO3)10-20％水溶液，電解液溫度應(yīng)保持在18-30℃之間，電解液流量為1000L/h，電解液壓力為0.5-1.0kg/cm2。電極與工件之間的相對(duì)速度為0.1-0.6m/s。電流密度為15-45A/cm2。電極間隙為0.4-0.2mm。
工件1為N217圓柱滾子軸承外圈，材質(zhì)Gr15，硬度HRC58-60，原始表面粗糙度值Ra0.1μm。滾道凸度加工在普通車床上完成。將工件1接電源正極。工件1由卡盤4夾持并以20rpm的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)。電極2接電源負(fù)極。電極2由不銹鋼制成。屏蔽板3由聚四氟乙烯制成。屏蔽板3上布有電解液通道6。屏蔽板3固定于車床刀架上。電解液成分為NaNO315％，H2O72％，增亮劑10％，外加少量防銹劑。電解液5由泵輸送，流量1000L/h，壓力1.0kg/cm2。電源采用脈沖直流電源，電壓14V，平均電流密度30A/cm2。加工時(shí)，電解液溫度20℃。加工時(shí)間20秒。在滾道兩端集中了較密的電力線，因而電流密度較大。而滾道中間部分，由于設(shè)置了屏蔽，使?jié)L道中間部分只分布有稀疏的電力線，該部分的電流密度值也很小。采用這樣的陰極設(shè)計(jì)，可以在滾道表面形成沿母線方向兩端大、中間小的電流密度分布，金屬蝕除速度也呈兩端大、中間小的規(guī)律分布，達(dá)到凸度加工的目的。加工后，滾道凸度值5μm。
權(quán)利要求
1.一種滾子軸承滾道凸度的脈沖電化學(xué)加工方法，采用脈沖電化學(xué)陽極溶解加工軸承滾道凸度，包括工件[1]、電極[2]屏蔽板[3]和電解液，其特征是a).先將被加工的軸承套圈放置于專用機(jī)床上，軸承套圈為工件[1]，是陽極，工件[1]可繞自身軸線回轉(zhuǎn)；由金屬或石墨制造的電極[2]為陰極，呈板狀，厚度為軸承外徑的1/10-1/20；將電極[2]修形，其修形線呈中凹形；屏蔽板[3]由絕緣材料制成，控制電極間隙為0.4-0.2mm，沿軸承滾道軸向中點(diǎn)向兩側(cè)逐漸減?。籦).電解液由泵輸送，極間充滿電解液，電解液主要成分為5-40％硝酸鈉水溶液，電解液溫度為10-40℃，流量為1000L/h，壓力為0.5-1.0kg/cm2c).電源采用脈沖直流電源，電壓為0-24V，電流密度為5-50A/cm2。電源正極接工件[1]，負(fù)極接電極[2]；控制電極[2]與工件[1]之間的相對(duì)速度為0.1-1.0m/s；依次啟動(dòng)電解液泵、驅(qū)動(dòng)工件回轉(zhuǎn)的電機(jī)，并接通脈沖直流電源后，工件[1]在電化學(xué)作用下產(chǎn)生陽極溶解，使?jié)L道表面各處的蝕除速度與該處的電流密度成正比關(guān)系，軸承滾道產(chǎn)生連續(xù)的不均勻陽極溶解，得到所需要的凸度，電解產(chǎn)物被高速流動(dòng)的電解液沖刷、帶走，完成滾道凸度加工。
全文摘要
本發(fā)明一種滾子軸承滾道凸度的脈沖電化學(xué)加工方法，屬軸承加工領(lǐng)域。采用脈沖電化學(xué)陽極溶解加工凸度，包括工件[1]、電極[2]屏蔽板[3]和電解液。工件[1]為陽極，工件[1]可繞自身軸線回轉(zhuǎn)；電極[2]為陰極，呈板狀。將電極[2]修形，其修形線呈中凹形；屏蔽板[3]由絕緣材料制成，控制電極間隙，沿軸承滾道軸向中點(diǎn)向兩側(cè)逐漸減小；利用脈沖直流電源，借助板狀修形陰極和屏蔽板，通過控制兩極間的間隙使軸承滾道產(chǎn)生連續(xù)的不均勻的陽極溶解，得到所需要的凸度。該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)中因使用砂輪、油石等磨具帶來的工序多、運(yùn)動(dòng)復(fù)雜等問題，控制簡單，生產(chǎn)過程穩(wěn)定，成本低，加工的滾道表面質(zhì)量好，使用壽命長。
文檔編號(hào)B23H3/04GK1515376SQ03110860
公開日2004年7月28日 申請(qǐng)日期2003年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月11日
發(fā)明者徐文驥, 周錦進(jìn) 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)