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多阶梯轴仿形磨削解决方案概述

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王学涛

  多阶梯轴是按轴的外形分类的一组直轴系列零部件,常见的如齿轮轴、曲轴、机车车轴等(图一)。目前,对于铁路机车车轴、发动机内曲轴的油封轴颈和齿轮轴颈以及变速箱内的齿轮轴等都属于多阶梯轴类,其加工主要采用数控成型磨磨床,所用的砂轮外形型面往往被修整为多阶梯轴的表面形状,属成型磨中的仿形磨削方式,这种磨削方式加工的工件除加工效率高外,其最大的优点在于加工工件的形状保持良好,几何精度高,尤其对多阶梯轴来讲具有较高的同轴度和同心度。


图一:阶梯轴类照片

  多阶梯轴的加工,目前国内外磨床的设计制造大多采取斜切入的方式(图二),即砂轮的轴线与加工工件的轴线具有一定的夹角,非平行状态,只有个别厂家采取平行状态磨削,一般视磨床而定。斜切入磨削方式可以适当减少砂轮的厚度,有效的利用砂轮的斜切面,减少砂轮对工件轴向进给力,防止工件加工时的挠性变形。


图二:阶梯轴仿形磨砂轮磨削示意图

  由于铁路机车车轴,发动机内曲轴的油封轴颈和齿轮轴颈以及变速箱齿轮轴都具有两个及两个以上的台阶,外圆和侧面都需要加工,也就是砂轮的外圆和端面都参与磨削,由于端面是面接触散热不如外圆好,因此端面极容易出现烧伤和磨削裂纹,另外由于端面磨削和外圆磨削存在速度差,因此端面的粗糙度高于外圆,加工质量下降。此外由于每个台阶过渡处都要求保持R角精度,因此往往在选择砂轮时会顾此失彼,为了保证R角砂轮硬度要偏硬些,则工件侧面容易烧伤或裂纹;为了保证工件侧面不出现烧伤或裂纹砂轮硬度又要偏软些,则工件的R角精度又保证不了。

  为了兼顾两者,目前国内外从磨料、结合剂、配方、工艺等方面进行研究加以改进,如采取低温结合剂,高性能SG磨料制作砂轮,极大地提高磨削性能,但价格昂贵;还有采取双层结构改变端面的组织,提高端面散热性以及加工精度;此外采取端面刻散热槽等工艺,显然后两者有存在制作工艺复杂的问题。这些新技术的应用从一定程度上解决了端面烧伤或裂纹,保证了R角的加工精度。但对于多台阶轴的加工由于具有多个台阶的特点,无法照顾到每个台阶的加工质量完全相同,实际存在的端面与外圆磨削状态的差异被无法消除,目前多个厂家采取多增加修整砂轮次数,以牺牲效率换取加工质量。要根本解决多台阶轴的加工质量还需要从不同角度加以研究,高效高性能磨削砂轮是未来的发展方向。

  多年来,经过我公司专家团队的不断努力,在多阶梯轴仿形磨砂轮的研制中取得很大进展,如磨铁路机车车轴的砂轮已在北方创业、济南车辆等企业试制成功,如磨发动机内曲轴的油封轴颈和齿轮轴颈砂轮已在时风集团、二汽等企业试制成功,又如磨变速箱内的齿轮轴砂轮已在格特拉克(江西)、赣州经纬等企业试制成功,该类产品的试制成功为产业化的推广应用提供了技术支持。


  作者简介:王学涛,男,高级工程师,现任爱锐网首席专家,主要从事磨料磨具行业的技术研究和管理工作,期间获多项省市级、公司级科技成果奖,获国家发明专利6项,发表专业论文十余篇,具有丰富的解决行业技术难题的经验和能力。