In der Lagerindustrie sind Lageraußenringe im Allgemeinen dünnwandige Teile. Im Allgemeinen verwenden CNC-Drehmaschinen beim Hartdrehen von Lageraußenringen selbstzentrierende oder Mehrbackenfutter-Spannmethoden. Angesichts des Verformungsproblems, das durch gewöhnliche hydraulische Selbstzentrierung oder Mehrbackenspannfutter am Außenring von hartdrehenden Lagern verursacht wird, wurde eine Methode zur Verwendung von elektropermanenten magnetischen Spannfuttern zum Spannen der Außenringe von hartdrehbaren dünnwandigen Lagern entwickelt vorgeschlagen. Gleichzeitig wird angesichts des Problems, dass beim Hartdrehen das Phänomen der positiven Konizität im Innenloch des Außenrings eines dünnwandigen Lagers auftritt, das zu einer übermäßigen Rundheit des Innenlochs führt, eine Verbesserung vorgeschlagen das Phänomen der positiven Konizität im Innenloch durch Änderung der Schnitttiefe und des Schnittpfads, um das Hartdrehen dünnwandiger Lager sicherzustellen. Die Rundheit des Innenlochs des Lageraußenrings beweist die Machbarkeit der Verwendung von elektropermanenten Magnetspannplatten zum Spannen des Außenrings von hartgedrehten dünnwandigen Lagern.
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Vorwort
Als eines der schwächsten Glieder beim Hartdrehen war die Lagerklemm- und Positionierungsmethode schon immer ein Engpass, der die weit verbreitete Anwendung der Hartdrehtechnologie in der Lagerindustrie einschränkte. Die Spannmethode und die Spanngenauigkeit wirken sich direkt auf die Bearbeitungsgenauigkeit aus. Um die Genauigkeit der Schleifbearbeitung im Hartdrehprozess zu erreichen, ist es sehr wichtig, die geeignete Spannmethode zu wählen und die Spanngenauigkeit zu maximieren [1].
Selbstzentrierende Spannfutter oder Mehrbackenfutter sind aufgrund ihrer großen Vielseitigkeit, Spannzuverlässigkeit und Zentriergenauigkeit zur bevorzugten Vorrichtung für Dreharbeiten geworden. Bei der Spannmethode von selbstzentrierenden oder Mehrbackenfuttern kann durch Änderung der Struktur der Backen, Verbesserung der Genauigkeit der Backen und Verbesserung der Anordnung der Backen das Ausmaß der Verformung des Lagers durch Hartdrehen begrenzt werden die Spanngenauigkeit kann verbessert werden. Ren Minjie et al. [2] verbesserte die Struktur der Klauen des hydraulischen selbstzentrierenden Spannfutters von CNC-Drehmaschinen, wodurch die Verformung des hartdrehenden Außenrings des Lagers erheblich reduziert und das Problem der starken Verformung des von den drei Klauen gehaltenen Außenrings gelöst wurde. Dr. Jeongmin Byun [3] von der Purdue University in den USA analysierte systematisch die selbstzentrierende Spannfutterspannung. Er fand nicht nur die Hauptfaktoren heraus, die den Spannfehler hartdrehender zylindrischer Teile beeinflussen, sondern schlug auch eine Methode vor, um die Neigung des Werkstücks zu beseitigen und den Spannfehler zu reduzieren. Zu den Methoden zur schrittweisen Verbesserung der Spanngenauigkeit gehören die Aufrechterhaltung der Redundanz, die Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit der Backen und die Verbesserung der Genauigkeit der Backenanordnung. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass durch die Bearbeitung von Zylinderrollenlagerringen auf der Grundlage einer Verbesserung der Spanngenauigkeit die Bearbeitungsgenauigkeit das Niveau der Schleifbearbeitung erreichen kann, was die Machbarkeit des „Ersetzens des Schleifens durch Drehmaschinen“ beweist. Derzeit gibt es nur wenige Fälle, in denen elektropermanente Magnetspannplatten zum Spannen hartgedrehter Lager eingesetzt werden. Diese Spannmethode hat offensichtliche Vorteile und kann die durch die Klauenklemmung verursachte Verformung dünnwandiger Lager vermeiden. Die Nachteile sind jedoch noch nicht klar und müssen durch Experimente überprüft werden. JM Zhou et al. [4] von der Universität Lund in Schweden stellte fest, dass beim Schneiden von Wälzlagern die Verwendung eines selbstzentrierenden Spannfutters zum Spannen zu Verformungen von bis zu 20 μm führen kann, und empfahl die Verwendung eines Sechsbackenfutters oder eines elektromagnetischen Spannfutters zum Spannen. Durch experimentelle Untersuchungen an hartdrehbaren 100Cr6-Ringteilen mit einer Härte von 60 bis 62 HRC stellten sie fest, dass bei Verwendung eines selbstzentrierenden Spannfutters zum Spannen der Unrundheitsfehler der Ringteile 10 μm überstieg; Bei Verwendung eines Sechsklauenfutters zum Spannen betrug der Rundheitsfehler der Ringteile mehr als 10 μm. Der Unrundheitsfehler der Ringteile beträgt etwa 9 µm; Bei elektromagnetischer Futterspannung beträgt der Unrundheitsfehler der Ringteile weniger als 4 μm.
Selbstzentrierende oder Mehrbackenfutter können zwar die Verformung dünnwandiger Lageraußenringe beim Hartdrehen durch Optimierung der Backen verbessern, das Problem der Hartdrehverformung dünnwandiger Lageraußenringe können sie jedoch nicht vollständig lösen. Daher ist die Verwendung einer elektropermanenten Magnetspannplatte die beste Methode zum Hartdrehen dünnwandiger Lageraußenringe. In diesem Artikel werden erstmals experimentelle Untersuchungen durchgeführt, bei denen eine elektropermanente Magnetspannplatte zum Festklemmen des Außenrings eines hartgedrehten dünnwandigen Lagers verwendet wird. Es wird die Eignung des Elektropermanentmagnetspannfutters zum Spannen des Außenrings eines hartgedrehten dünnwandigen Lagers überprüft. Außerdem wird das Innenloch des Außenrings eines hartgedrehten dünnwandigen Lagers analysiert. Wenn das Phänomen der positiven Konizität auftritt, liegt die Rundheit des Innenlochs außerhalb der Toleranz. Es wird vorgeschlagen, das positive Konizitätsphänomen des Innenlochs durch Änderung der Schnitttiefe und des Schnittwegs zu verbessern.
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Einführung in die Elektropermanentmagnetspannplatte
Die elektropermanente Magnetspannplatte besteht aus Permanentmagneten anstelle von Elektromagneten, und die magnetisch durchlässigen Blöcke sind normalerweise Permanentmagnete. Wenn es zu arbeiten beginnt, wird die Elektro-Permanent-Magnetspannplatte mit Strom versorgt und magnetisiert. Bei Erreichen der eingestellten Magnetstärke wird der Strom automatisch abgeschaltet, um die Magnetkraft aufrechtzuerhalten. Da während des Arbeitsprozesses keine kontinuierliche Stromversorgung erforderlich ist, entsteht im Dauerbetrieb keine Wärme, wodurch verhindert wird, dass sich das Werkstück durch Hitze verformt.
Das elektromagnetische Spannfutter basiert auf dem Prinzip der magnetischen Wirkung von Elektrizität. Die magnetische Kraft hängt von einem kontinuierlichen elektrischen Strom ab. Der Nachteil dieses Saugnapftyps besteht darin, dass er das Werkstück freigibt, wenn der Strom stoppt. Geschieht dies während der Arbeit, kann es zu herumfliegenden Teilen und einer Verletzungsgefahr für den Bediener kommen. Gleichzeitig erzeugt der kontinuierliche Stromfluss nach längerem Betrieb des elektromagnetischen Spannfutters Wärme, wodurch das Werkstück erhitzt und verformt wird und die Bearbeitungsgenauigkeit nicht garantiert werden kann.
Bei diesem Test wird ein elektrisches Permanentmagnetspannfutter, Modell X61-500, verwendet. Das Controller-Modell ist LMSDVPL2VH301, wie in Abbildung 1 dargestellt.
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a) Elektropermanentmagnetspannplatte b) Steuerung
Abbildung 1 Elektrisches Permanentmagnetspannfutter und Steuerung
Das Elektro-Permanent-Magnetspannfutter kann den Außenring von dünnwandigen Lagern durch Magnetkraft aufnehmen und festklemmen. Es übt keine radiale Spannkraft auf das Werkstück aus und vermeidet Spannverformungen. Dieses elektropermanente Magnetspannfutter verfügt über insgesamt 16 Magnetkraftstufen, und die Magnetkraft wird durch Einstellen des Stroms gesteuert.
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Experiment am Außenring dünnwandiger Lager, gespannt durch Elektropermanentmagnetspannplatten
3.1 Auswahl der Werkzeugmaschinenausrüstung
Für den Test wurde die von der General Technology Group Shenyang Machine Tool Co., Ltd. unabhängig entwickelte CNC-Vertikaldrehmaschine T6-85H ausgewählt. Das Werkstück wird vertikal gespannt, so dass der Schwerpunkt des Werkstücks mit dem Schwerpunkt der Spindel übereinstimmt, um Rundheitsfehler durch die Schwerkraft beim horizontalen Spannen zu vermeiden und die Rundheit des Werkstücks sicherzustellen [5]. Gleichzeitig gewährleistet das Eigengewicht des Werkstücks einen genauen und engen Kontakt mit der Bezugsfläche der Vorrichtung, wodurch eine hohe Positionierungsgenauigkeit und eine stabile Bearbeitungsgenauigkeit erreicht werden.
3.2 Werkstückauswahl
Beim Hartdrehversuch wird der Außenring des Zylinderrollenlagers als Prüfling gewählt. Die Wandstärke beträgt 6,5 mm, was einem dünnwandigen Lager entspricht [6]. Das Material ist GCr15 und die Härte nach dem Abschrecken beträgt 60~64HRC. Sowohl die Endfläche als auch der äußere Kreis der Probe sind raue Schleifflächen mit guter Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität. Da das Grobschleifen des Innenlochs ineffizient und anfällig für Verbrennungen ist, wurde bei diesem Test nur das Innenloch hartgedreht, wobei Hartdrehen statt Grobschleifen zum Einsatz kam. Nach dem Hartdrehen gibt es noch einen Feinschleifprozess und einen Superfinish-Prozess. Das Teststück erfordert, dass die Innenlochgröße nach dem Hartdrehen 136,82~136,86mm beträgt, die Innenlochrundheit beträgt 0,011 mm, die Innenlochzylindrizität beträgt {{19 }}.011 mm, die Koaxialität zwischen dem inneren Loch und dem äußeren Kreis beträgt 0,02 mm, die Vertikalität zwischen dem inneren Loch und der Endfläche beträgt 0,011 mm und das innere Loch ist 0,011 mm tief. Der Lochoberflächenrauheitswert Ra=1μm, wie in Abbildung 2 dargestellt.
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ein Muster
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b) Leer
Abbildung 2 Außenring eines Zylinderrollenlagers
3.3 Prozessplan
Der Prozessplan besteht aus zwei Werkzeugen zum Hartdrehen der Innenbohrung des Außenrings des Zylinderrollenlagers. Die Schnittparameter sind: Drehzahl 250U/min, Vorschubgeschwindigkeit 0,1mm/U, einseitige Schnitttiefe des ersten Werkzeugs 0,08mm , und einseitige Schnitttiefe des zweiten Werkzeugs 0,07 mm. Es werden CBN-Wendeschneidplatten verwendet und der Werkzeugspitzenradius beträgt 0,8 mm, wie in Abbildung 3 dargestellt.
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a) Klinge b) Werkzeug
Abbildung 3 CBN-Sägeblätter und Schneidwerkzeuge
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Versuchsdurchführung
Die Nennmagnetkraft des im Test verwendeten Elektropermanentmagnetfutters beträgt 160N/cm2 und die axiale Adsorptionskraft am Außenring des Zylinderrollenlagers beträgt 2432 N. Nach dem Kontaktflächenprinzip beträgt der Reibungskoeffizient zwischen dem Werkstück und dem magnetischen Positionierungsblock des Elektropermanentmagnetfutters 0,15, die Reibungskraft beträgt 364,8 N und die kombinierte Kraft aus Hauptschnittkraft und radialer Schnittkraft beträgt Das Werkstück beim Hartdrehen beträgt etwa 120 N. Daher kann sich das Elektro-Permanent-Magnetspannfutter vollständig an die Spannanforderungen beim Hartdrehen anpassen.
Da der Außenring des Lagers durch eine Magnetspannplatte an der Stirnseite positioniert wird, gibt es keine Zentriermaßnahme am Umfang. Tatsächlich ist es sehr schwierig, den Außenring mit einem Umfangsmessgerät zu zentrieren. Dazu wird eine Bogenstufe mit einer Tiefe von 5 mm auf dem magnetischen Positionierungsblock gedreht, um die Stufe kreisförmig zu machen. Der Spalt zwischen Bogen und Lageraußenring sollte möglichst klein sein. Der Spalt beträgt etwa 0,01 mm, wie in Abbildung 4 dargestellt. Gleichzeitig muss beim Selbstdrehen der Stufenoberfläche sichergestellt werden, dass die Oberflächenqualität der Kontaktfläche zwischen dem magnetisch leitenden Block und Der Lageraußenring ist in Ordnung. Nach der Bearbeitung der Teile erfolgt die magnetische Demontage sehr schnell. Das Laden und Entladen von Teilen dauert ganz einfach nur 5 Sekunden.
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Bild 4 Schematische Darstellung des Hartdrehens und Spannens des Außenrings von Zylinderrollenlagern
Die Teile Nr. 1 bis 5 wurden gemäß der oben genannten Spannmethode und den oben genannten Schnittparametern hartgedreht. Nach dem Drehen wurden die Teile anhand dreidimensionaler Koordinaten geprüft, wie in Abbildung 5 dargestellt, und die Oberflächenrauheit wurde mit einem Rauheitsmessgerät geprüft, wie in Abbildung 6 dargestellt. Die Testergebnisse und der Status sind in Tabelle 1 aufgeführt Teile nach dem Hartdrehen ist in Abbildung 7 dargestellt.
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Abbildung 5 Drei-Koordinaten-Erkennung
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Abbildung 6 Erkennung der Oberflächenrauheit
Tabelle 1 Bild der Inspektionsergebnisse für das Innenloch des Außenrings des Zylinderrollenlagers (Nr. 1–5) (Einheit: μｍ).
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Abbildung 7: Der Zustand nach dem Hartdrehen
Aus den Daten in Tabelle 1 ist ersichtlich, dass nach dem Einspannen des Außenrings des Zylinderrollenlagers durch das Elektropermanent-Magnetspannfutter und dem Hartdrehen des Innenlochs die Rundheit des Innenlochs und die Koaxialität zwischen dem Innenloch und der Koaxialität zwischen dem Innenloch und dem Innenloch zunehmen Loch und äußerer Kreis, die Rechtwinkligkeit zwischen dem inneren Loch und der Endfläche und die Oberflächenrauheit des inneren Lochs. Der Grad kann alle die Anforderungen der Zeichnung erfüllen, und die Zylindrizität des inneren Lochs erfüllt größtenteils die Anforderungen, aber es liegt auch nahe an der in der Zeichnung geforderten Grenztoleranz. Eine geringfügige Anhäufung anderer Fehler würde die Toleranz überschreiten und dazu führen, dass das Teil nicht qualifiziert wird. Der Grund dafür ist, dass der Unterschied zwischen dem oberen und dem unteren Kreis des Innenlochs groß ist, was zu einem Vorwärtsverjüngungsphänomen im Innenloch führt.
Für dieses positive Kegelphänomen, wie in Abbildung 4 dargestellt, liegt der Analysegrund darin, dass unter der axialen Klemmung des elektropermanenten Magnetspannfutters, wenn die Höhe der selbstdrehenden Bogenstufe den Außenkreis des Lagerrings berühren kann, die Vertikaldrehmaschine beginnt von oben. Beim Hartdrehen des Innenlochs des dünnwandigen Lageraußenrings führt die unzureichende Steifigkeit des Lageraußenrings zu einer radialen Verformung des Werkzeugs während des Schneidvorgangs. Der obere kreisförmige Teil des Innenlochs des Lageraußenrings erfährt aufgrund der Schnittkraft eine elastische Verformung und die Schnittmenge wird kleiner, was dazu führt, dass die tatsächliche Schnitttiefe nicht mit der Nennschnitttiefe übereinstimmt. Die Verformung des unteren kreisförmigen Teils des Innenlochs ist aufgrund der Bodenfläche des Magnetblocks, der Saugkraft der Seitenstufen und des Drucks der Seitenstufen gering. Der Schnittbetrag ist größer als der des oberen kreisförmigen Teils des Innenlochs. Der Außenring des Lagers weist im Innenloch ein positives Konizitätsphänomen auf.
Theoretisch kann dieses Taper-Phänomen durch zwei Methoden reduziert oder beseitigt werden. Die erste besteht darin, die Schnitttiefe zu ändern, um die radiale Schnittkraft zu verringern, z. B. die Reduzierung der Schnitttiefe beim Fertigstellen des Innenlochs des Außenrings eines dünnwandigen Lagers; Die zweite besteht darin, den Schnittpfad zu ändern, z. B. beim Fertigstellen des Innenlochs des Außenrings eines dünnwandigen Lagers entsprechend der positiven Kegelgröße einen bestimmten umgekehrten Kegel zum Schneiden des Innenlochs zu verwenden, um die Schnittmenge zu erhöhen des unteren Kreises des inneren Lochs. Kleiner oder gleich dem Schnittbetrag des oberen Kreises des inneren Lochs, wodurch das Phänomen der Vorwärtsverjüngung des inneren Lochs verringert oder beseitigt wird.
05
Experimentelle Überprüfung
5.1 Überprüfen Sie die Auswirkung einer Änderung der Schnitttiefe auf das Phänomen der Vorwärtsverjüngung
Der Prozessplan besteht aus drei Werkzeugen zum Hartdrehen der Innenbohrung des Außenrings des Zylinderrollenlagers. Die Schnittparameter sind: Drehzahl 250U/min, Vorschubgeschwindigkeit 0,1mm/U, einseitige Schnitttiefe des ersten Werkzeugs 0,08mm , und einseitige Schnitttiefe des zweiten Werkzeugs 0,05 mm, die Schnitttiefe des dritten Messers auf einer Seite beträgt 0,02 mm. Die Spannmethode bleibt unverändert und die hartgedrehten Teile Nr. 6 bis 10 werden nach dem Drehen mittels dreidimensionaler Koordinateninspektion und Oberflächenrauheitsmessgerät geprüft. Die Testergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Tabelle 2: Bilder der Inspektionsergebnisse der Außenring-Innenbohrung (Einheit: μｍ) von Zylinderrollenlagern (Nr. 6 bis Nr. 10).
Aus den Daten in Tabelle 2 ist ersichtlich, dass sich durch die Änderung der Schnitttiefe der Schlichtschnittbetrag von 0.07 mm auf 0,02 mm auf einer Seite änderte. Nach dem Hartdrehen des Innenlochs des Außenrings des Zylinderrollenlagers wurden alle geometrischen Toleranzen und Oberflächenrauheiten getestet, um den Zeichnungen zu entsprechen. Erfordern.
5.2 Überprüfen Sie die Auswirkung einer Änderung des Schnittpfads auf das Phänomen der Vorwärtsverjüngung
Der Prozessplan besteht aus zwei Werkzeugen zum Hartdrehen der Innenbohrung des Außenrings des Zylinderrollenlagers. Die Schnittparameter sind: Rotationsgeschwindigkeit 250U/min, Vorschubgeschwindigkeit 0,1mm/U, einseitige Schnitttiefe des ersten Werkzeugs 0,08mm und einseitig Schnitttiefe des zweiten Werkzeugs 0,07 mm. Gemäß den Daten in Tabelle 1 beträgt der durchschnittliche Unterschied zwischen dem oberen und unteren Kreis des Lagerinnenlochs und der Breite des Lagers 1:2,6493. Beim Drehen des zweiten Werkzeugs bleibt die Schnitttiefe unverändert, es wird eine Kegelkompensation durchgeführt und der Schnittweg ist der Weg, der dem umgekehrten Kegelverhältnis entspricht. Die Spannmethode bleibt unverändert und die Hartdrehteile Nr. 11 bis 15 werden getestet. Nach dem Drehen werden die Teile mittels dreidimensionaler Koordinateninspektion und Oberflächenrauheitsmessgerät geprüft. Die Testergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt.
Tabelle 3: Bilder der Inspektionsergebnisse für das Innenloch des Außenrings des Zylinderrollenlagers (Nr. 11-15) (Einheit: μｍ).
Aus den Daten in Tabelle 3 ist ersichtlich, dass durch Ändern des Schnittpfads das Konizitätsverhältnis basierend auf dem bekannten Phänomen der Vorwärtskonizität erhalten wird. Die Schnitttiefe bleibt während des Schneidens unverändert und der Schnittweg ist der entsprechende Weg mit umgekehrtem Kegelverhältnis. Überprüfen Sie nach dem Hartdrehen des Innenlochs des Außenrings des Zylinderrollenlagers, ob alle geometrischen Toleranzen und die Oberflächenrauheit den Zeichnungsanforderungen entsprechen.
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Abschluss
Mit Blick auf das Problem, dass selbstzentrierende Spannfutter oder Mehrbackenfutter beim Spannen hartgedrehter dünnwandiger Lager zu einer Verformung des Außenrings dünnwandiger Lager führen, schlägt dieser Artikel die Verwendung von elektropermanenten Magnetspannfuttern zum Spannen des Außenrings vor Ringe von hartgedrehten dünnwandigen Lagern und beweist, dass das elektropermanente magnetische Spannfutter zum Spannen des Außenrings von hartgedrehten dünnwandigen Lagern verwendet wird. Die Machbarkeit der Verwendung eines magnetischen Spannfutters zum Spannen des Außenrings von hartgedrehten dünnen Lagern -ummantelte Lager.
Für das Problem des Vorwärtskegelphänomens im Außenring hartdrehender dünnwandiger Lager werden zwei Methoden zur Optimierung vorgeschlagen. Eine besteht darin, die Schnitttiefe zu ändern, und die andere darin, den Schnittpfad zu ändern. Durch experimentelle Überprüfung wurde festgestellt, dass eine Änderung der Schnitttiefe besser ist als eine Änderung des Schnittpfads. .
