硬质合金组合滚杠的研制和使用

刘 涛，姚淑敏

（1.哈尔滨轴承配件有限公司，黑龙江 哈尔滨 150036；2. 哈尔滨轴承配件有限公司 车工分厂 ，黑龙江 哈尔滨150036）

1 前言

轴承套圈沟道的精研工艺是一种先进的表面光整方法，经过精研加工的轴承套圈，能降低沟道的波纹度、粗糙度并提高几何精度，使组装后的轴承成品的回转精度有所提高，噪音得到降低，产品的寿命也得以增加，适应用户对轴承质量要求的不断提高。

2 支承滚杠的使用情况

用于球轴承沟道精研的精研机为六头和四头精研机两种。工件的支承定位部分结构见图1。

滚杠为支承和传动元件。为保证工件在滚杠上面稳定旋转，两滚杠保持平行和水平安装。工件与滚杠在夹角α=150°处接触，送料装置用于上下料和定位。工件靠油石R面轴向定位，这种支承和定位机构的优点是结构简单、安装调整和操作比较方便。其中滚杠的质量是影响工件精研状态的重要部件。

根据支承滚杠的作用，它必须具备下述功能。

图1 套圈内沟精研示意图

（1）可靠传递动力，使滚杠匀速旋转。

（2）保证工件有较高的定位精度。

（3）保证工件平稳旋转。

上述要求，可以在设计与制造中得到保证，但是，使用中滚杠对套圈的定位表面影响比较大。滚杠的定位表面与工件表面相互摩擦容易磨损。

轴承套圈精研时滚杠的工作状态如下。

（1）承受工件的压力，其中油石对工件的压力为5kg左右，还有工件的重量1kg左右。

滚杠受力情况见图 2 所示。

工件与滚杠接触部分的正压力为：

F=P/2/sinβ°=3kg／0.2588=11.6 kg

图2 滚杠受力情况 图 3 6201-2RS1尺寸简图

以6222-2RS1内套为例（见图 3），工件与滚杠接触部分的长度为L，L=4mm左右，则单位长度上的压力为P'。

P'=F/L=11.6 kg ／4mm=2.9 kg／mm，

工件与滚杠是两个圆柱面相切接触，理想条件是线接触，单位面积的压力就比较大了。

（2）滚杠一方面要以2 000r／min驱动轴承套圈平稳高速旋转，另一方面要求承受油石正压力和高速回转时的离心力合力的交变作用。

（3）精研过程脱落的油石微粒对滚杠表面的研磨作用。

工件与滚杠接触面越小，单位面积压力越大，滚杠表面磨损越快。对于带密封的向心球轴承内套，其外径不仅是带有台阶，如图 3 所示，使工件与滚杠接触面减小，而且精研时因为轴向串动，有时形成刮研状态，加速了滚杠表面的磨损，当滚杠定位表面出现表面缺陷后，定位表面径向跳动量增大，工件不能在滚杠上平稳旋转，从而使精研质量受到破坏，粗糙度和波纹度达不到工艺要求。

为了提高滚杠表面的耐磨性，采用表面镀铬的方法，在滚杠表面镀0.1—0.15mm的铬层。但是耐磨性仍然不能满足使用要求。镀铬滚杠见图 4 所示。滚杠镀铬后对六头精研机统计情况如下：

（1）滚杠磨损相当快，用于精研内套的滚杠一般用30班次左右就需更换，如果精研带密封的轴承内套，滚杠寿命最低时只用不到20班次。

（2）工件沟道精研质量不稳定，一次交检合格率只有65%—70%，精研后沟道光洁度为Ra0.10—0.08μm。

（3）由于滚杠更换频繁，生产效率也受到不良影响。

3 研制方案的提出和比较

从精研滚杠的功能、技术要求和使用情况的分析中，可以看出影响工件精研状态和精研效率的主要因素是滚杠支承工件部分的表面磨损。为提高滚杠工作表面抗磨损能力，曾经做过如下改进。

（1）滚杠整体喷焊，取消镀铬层。采用氧乙炔喷焊新工艺，喷熔在工作表面上薄薄一层耐磨合金COF～TC，它的优点是：焊层类似钨钴合金，具有硬度高，抗压强度高，抗腐蚀等性能；缺点是：这种细长结构的滚杠在高温喷熔过程中变形量大，内应力大，喷焊技术要求高，质量不易控制，只要一个台阶喷焊质量不合格，就导致整根滚杠报废。

（2）滚杠局部喷焊，即工作表面喷焊，称为组合滚杠，主要为克服滚杠整体喷焊的缺点，但是焊层的质量不易控制。

（3）在滚杠工作表面加装硬质合金套筒，形成硬质台金组合滚杠，其优点是：（1）硬质合金的质量比较稳定，耐磨性高。（2）节省一道喷焊工序，加工比较容易；缺点：（1）硬质合金必须外购，单价比较高。（2）硬质合金经磨损后不能修复。

采用价值工程的功能评价方法，对上述3种改进方案及镀铬方案从寿命、工艺性、成本、材料用量、使用可靠性等方面给予定量的描述。

表1 采用价值工程方法对四中加工方法的评价

“直接打分法”的原则是性能最佳者给最高分(10分)，特别差时给（1分)，参加评价者必须经验丰富，从评分结果看硬质合金组合滚杠是最佳方案了。

图5 硬质合金组合滚杠

4 硬质合金组合滚杠的优点

（1）滚杠寿命提高了，原内套精研用的镀铬滚杠只能用两周左右，采用硬质合金组合滚杠可以用两年以上，因为当硬质合金套磨损后，可以更换继续使用，延长了滚杠的寿命。

（2）沟道精研质量提高了，精研合格率提高了，根据两机台抽检比较，精研交检合格率由70%提高到90%。

（3）产品沟道粗糙度Ra由0.10.～0.125μm降低到 0.063～0.08μm。

（4）节省了80%的滚杠和因更换滚杠硬质合金套而消耗的轴承，由两周换一次增加到3—6个月一次。因拆卸滚杠而停工次数减少80%，提高了工时利用率。

（5）减轻了工人的劳动强度。

（6）由于滚杠质量稳定，寿命高，油石消耗也减少了。

5 结束语

实践证明，硬质合金组合滚杠的采用和推广，取得了显著的经济效益。