专利名称：滚子轴承滚道凸度的脉冲电化学加工方法
技术领域：
本发明属轴承滚道加工领域，采用脉冲电化学加工方法加工轴承滚道。
背景技术：
N类滚子轴承、短圆柱滚子轴承和3类圆锥滚子轴承在承载状态下，因为滚子发生弹性变形和塑性变形，滚子和内、外滚道母线的两侧端部均存在高度应力集中，由这种应力所导致的疲劳破坏、剥落向中间发展，常导致整个轴承失效。这是造成轴承寿命和旋转精度下降的重要原因。将轴承套圈滚道由直母线改为圆弧形母线凸度滚道，能有效地改善滚动接触区的应力分布，既可在较大程度上减少或消除滚子的边缘应力集中，有利于液体润滑，又可改善由于安装和加工误差等原因而产生的不同心度及主轴旋转产生的挠曲度而导致的滚子偏载现象。很多实验也已证实，采用带凸度套圈滚道，可使轴承寿命提高2-3倍。目前，国外发达国家对圆柱、圆锥滚子轴承滚道产品设计大都要求带凸度，国内出口产品也都要求加工出滚道凸度，因此选择合适的加工套圈滚道凸度的方法日益重要。
中国专利公报，专利号96107902.9公开了一种滚子轴承滚道凸度的磨削工艺，其特点是先加工出砂轮模具上用的模块，并加工出所需数量，把模块按位置要求分别固定在圆筒体上，组成砂轮模具，加料制出所需间断砂轮，用上述制出间断砂轮去加工出滚子轴承滚道凸度。中国专利公报，专利号96220543.5公开了一种“切入—贯穿”两步法轴承套圈凸度母线滚道超精机床，该机床有二个工件主轴和二个超精振荡机构，实现从“粗超”到“精超”的“两步法”超精。采用宽度小于轴承套圈滚道表面母线长度1/2的窄油石，在作高频小振幅“切入”法超精运动的同时，油石以沿母线方向作变速度大往复“贯穿”运动，超精出带凸度母线的滚道表面。可以看出，目前轴承滚道凸度加工的主要方法是利用成形砂轮或使工件轴与砂轮轴倾斜一定角度，在磨床上磨出理论上所要求的凸度曲线，然后利用超精加工，在整个素线长度上，同步提高表面质量。但由于成品滚道凸度通常在5-10μm(有时小于3μm)，这在凸度磨削中很难控制。另外，因要求预留超精加工的加工余量，更增加了准确控制凸度的难度。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种简便、易控，且可同时清除边缘微小毛刺的滚道凸度脉冲电化学加工方法，比磨削加工更容易控制，加工质量稳定，运动简单，无加工变形及残余应力。成本低、生产率高、表面质量好。
本发明采用的技术方案是一种滚子轴承滚道凸度的脉冲电化学加工方法，采用脉冲电化学阳极溶解加工轴承滚道凸度，包括工件[1]、电极[2]屏蔽板[3]和电解液；a).先将被加工的轴承套圈放置于专用机床上，轴承套圈为工件[1]，是阳极，工件[1]可绕自身轴线回转；由金属或石墨制造的电极[2]为阴极，呈板状，厚度为轴承外径的1/15-1/20；将电极[2]修形，其修形线呈中凹形；屏蔽板[3]由绝缘材料制成，控制电极间隙为0.4-0.2mm，沿轴承滚道轴向中点向两侧逐渐减小；b).电解液由泵输送，极间充满电解液，电解液主要成分为10-20％硝酸钠水溶液，电解液温度为18-30℃，流量为1000L/h，压力为0.5-1.0kg/cm2c).电源采用脉冲直流电源，电压为0-24V，电流密度为15-45A/cm2。电源正极接工件[1]，负极接电极[2]；控制电极[2]与工件[1]之间的相对速度为0.1-0.6m/s；依次启动电解液泵、驱动工件回转的电机，并接通脉冲直流电源后，工件[1]在电化学作用下产生阳极溶解，使滚道表面各处的蚀除速度与该处的电流密度成正比关系，轴承滚道产生连续的不均匀阳极溶解，得到所需要的凸度，电解产物被高速流动的电解液冲刷、带走，完成滚道凸度加工。
本发明的效果是采用本发明的方法加工滚子轴承滚道凸度比磨削凸度后进行超精加工更容易控制；可在凸度加工同时，清除滚道边缘微小毛刺；克服了现有技术中因使用砂轮、油石等磨具带来的工序多、运动复杂等问题，克服了成形法凸度磨削中，因频繁修整砂轮带来的磨具损耗和加工质量不稳定等问题；克服了砂轮、工件轴线交叉法凸度磨削中装置及运动复杂的问题；与机械凸度加工方法相比，脉冲电化学凸度加工表面无切削痕迹、无加工变形及残余应力、不改变滚道材料原有机械性质。因此，轴承滚道凸度的脉冲电化学加工是一项成本低、生产率高、表面质量好的加工新技术，所需设备投资较少，结构简单，操作方便。
图1是滚子轴承滚道凸度脉冲电化学加工原理示意图，其中1-工件，2-电极，3-屏蔽板，4-卡盘；图2是图1的A-A剖视图，其中5-电解液，6-为电解液通道；图3是图1的B向视图。
具体实施例方式
本发明提出的滚子轴承套圈滚道凸度脉冲电化学加工方法的一个实施案例如图1、图2、图3所示。根据电化学加工阳极溶解原理，将被加工轴承圈作为阳极放置于专用机床上，使极间充满电解液，并在轴承圈与另外设置的阴极体之间通以低压脉冲直流电，轴承滚道金属发生阳极溶解而被蚀除。在阳极溶解过程中，滚道表面各处的蚀除速度与该处的电流密度呈正比关系。合理设计阴极并设置屏蔽，可控制加工区电场，使滚道表面电流密度沿母线方向按凸度要求合理分布，滚道表面金属也将按凸度加工要求蚀除，从而达到滚道表面凸度形状的要求，同时，清除机加工形成的微小毛刺。电极体可采用不锈钢或铜质材料制成。屏蔽板可用尼龙或聚四氟乙烯制造。电源采用脉冲直流电源，电压为0-24V连续可调。电源正极接工件，负极接电极体。电解液要求加工精度高，腐蚀性小，成本低，使用寿命长，加工效率高，对环境污染小，电解液的主要成分为硝酸钠(NaNO3)10-20％水溶液，电解液温度应保持在18-30℃之间，电解液流量为1000L/h，电解液压力为0.5-1.0kg/cm2。电极与工件之间的相对速度为0.1-0.6m/s。电流密度为15-45A/cm2。电极间隙为0.4-0.2mm。
工件1为N217圆柱滚子轴承外圈，材质Gr15，硬度HRC58-60，原始表面粗糙度值Ra0.1μm。滚道凸度加工在普通车床上完成。将工件1接电源正极。工件1由卡盘4夹持并以20rpm的转速回转。电极2接电源负极。电极2由不锈钢制成。屏蔽板3由聚四氟乙烯制成。屏蔽板3上布有电解液通道6。屏蔽板3固定于车床刀架上。电解液成分为NaNO315％，H2O72％，增亮剂10％，外加少量防锈剂。电解液5由泵输送，流量1000L/h，压力1.0kg/cm2。电源采用脉冲直流电源，电压14V，平均电流密度30A/cm2。加工时，电解液温度20℃。加工时间20秒。在滚道两端集中了较密的电力线，因而电流密度较大。而滚道中间部分，由于设置了屏蔽，使滚道中间部分只分布有稀疏的电力线，该部分的电流密度值也很小。采用这样的阴极设计，可以在滚道表面形成沿母线方向两端大、中间小的电流密度分布，金属蚀除速度也呈两端大、中间小的规律分布，达到凸度加工的目的。加工后，滚道凸度值5μm。
权利要求
1.一种滚子轴承滚道凸度的脉冲电化学加工方法，采用脉冲电化学阳极溶解加工轴承滚道凸度，包括工件[1]、电极[2]屏蔽板[3]和电解液，其特征是a).先将被加工的轴承套圈放置于专用机床上，轴承套圈为工件[1]，是阳极，工件[1]可绕自身轴线回转；由金属或石墨制造的电极[2]为阴极，呈板状，厚度为轴承外径的1/10-1/20；将电极[2]修形，其修形线呈中凹形；屏蔽板[3]由绝缘材料制成，控制电极间隙为0.4-0.2mm，沿轴承滚道轴向中点向两侧逐渐减小；b).电解液由泵输送，极间充满电解液，电解液主要成分为5-40％硝酸钠水溶液，电解液温度为10-40℃，流量为1000L/h，压力为0.5-1.0kg/cm2c).电源采用脉冲直流电源，电压为0-24V，电流密度为5-50A/cm2。电源正极接工件[1]，负极接电极[2]；控制电极[2]与工件[1]之间的相对速度为0.1-1.0m/s；依次启动电解液泵、驱动工件回转的电机，并接通脉冲直流电源后，工件[1]在电化学作用下产生阳极溶解，使滚道表面各处的蚀除速度与该处的电流密度成正比关系，轴承滚道产生连续的不均匀阳极溶解，得到所需要的凸度，电解产物被高速流动的电解液冲刷、带走，完成滚道凸度加工。
全文摘要
本发明一种滚子轴承滚道凸度的脉冲电化学加工方法，属轴承加工领域。采用脉冲电化学阳极溶解加工凸度，包括工件[1]、电极[2]屏蔽板[3]和电解液。工件[1]为阳极，工件[1]可绕自身轴线回转；电极[2]为阴极，呈板状。将电极[2]修形，其修形线呈中凹形；屏蔽板[3]由绝缘材料制成，控制电极间隙，沿轴承滚道轴向中点向两侧逐渐减小；利用脉冲直流电源，借助板状修形阴极和屏蔽板，通过控制两极间的间隙使轴承滚道产生连续的不均匀的阳极溶解，得到所需要的凸度。该方法克服了现有技术中因使用砂轮、油石等磨具带来的工序多、运动复杂等问题，控制简单，生产过程稳定，成本低，加工的滚道表面质量好，使用寿命长。
文档编号B23H3/04GK1515376SQ03110860
公开日2004年7月28日 申请日期2003年1月11日 优先权日2003年1月11日
发明者徐文骥, 周锦进 申请人:大连理工大学