RU2115534C1

RU2115534C1 - Method for superfinishing of raceway of ball bearing races

Info

Publication number: RU2115534C1
Application number: RU96124246A
Authority: RU
Inventors: Л.В. Черневский; А.И. Алферов; Б.М. Бродский
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "ВНИПП"
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1996-12-31
Publication date: 1998-07-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: race is rotated, and finishing tool makes oscillatory motion around center of curvature of raceway lateral profile. Finishing tool is represented by elastic tape pressed with its operating surface to raceway surface being treated. Elastic tape is pressed by rigid clamp which is preliminarily profiled by pressing it to operating surface of elastic tape which is arranged lengthwise in raceway of nonrotating race. Tape is moved along with race by oscillatory motions relative to immovable clamp about race axis. Linen fine-grained abrasive cloth is used as elastic tape, and its rear side is taken as operating surface. Fine-grained abrasive bar, polymers, rubber, as well as copper, bronze, and aluminum are used as clamp. EFFECT: balancing of removal of allowance along raceway generating line and rolling-on of combs left after preceding treatment. 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к технологии отделочной обработки сложных криволинейных поверхностей металлов методом суперфиниширования с использованием специального доводочного инструмента. The invention relates to mechanical engineering, and in particular to the technology of finishing processing of complex curved surfaces of metals by superfinishing using a special finishing tool.

Известен способ окончательной обработки торического желоба кольца упорного шарикоподшипника абразивным бруском (см. авт. св. СССР N 859118, кл. B 24 B 35/00, 1981), при котором кольцу сообщают вращательное движение вокруг своей оси, а абразивному бруску - качательное движение вокруг оси, проходящей через центр кривизны профиля желоба перпендикулярно к оси обрабатываемого кольца. Абразивный брусок выполнен в виде части цилиндрического кольца со средним радиусом, соответствующим радиусу круговой оси желоба. Рабочий участок бруска представляет собой торическую поверхность, кривизна профиля которой равна кривизне профиля обрабатываемого желоба. Бруску сообщают дополнительное качательное движение вокруг оси его цилиндрического кольца, пересекающей ось обрабатываемого кольца под тупым углом и расположенной в плоскости, перпендикулярной к оси основного движения качания. There is a method of final processing of a toric groove of a thrust ball bearing ring with an abrasive bar (see ed. St. USSR N 859118, class B 24 B 35/00, 1981), in which the ring is given a rotational movement around its axis, and the abrasive bar is given a rocking motion around an axis passing through the center of curvature of the profile of the trough perpendicular to the axis of the machined ring. The abrasive bar is made in the form of a part of a cylindrical ring with an average radius corresponding to the radius of the circular axis of the groove. The working section of the bar is a toric surface, the curvature of the profile of which is equal to the curvature of the profile of the processed trough. An additional oscillating motion is reported to the bar around the axis of its cylindrical ring, which intersects the axis of the machined ring at an obtuse angle and is located in a plane perpendicular to the axis of the main swing motion.

Недостатком известного способа окончательной обработки торического желоба кольца упорного шарикоподшипника является сложность осуществления всех кинематических движений инструмента относительно обрабатываемой детали, а также отсутствие надежной технологии получения торической формы рабочего участки бруска, кривизна профиля которой была бы равна кривизне профиля обрабатываемого желоба. A disadvantage of the known method of final processing of a toric groove of an axial ball bearing ring is the difficulty of all kinematic movements of the tool relative to the workpiece, as well as the lack of reliable technology for obtaining the toric shape of the working sections of the bar, the profile curvature of which would be equal to the curvature of the profile of the processed groove.

Известен также способ суперфиниширования дорожек качения шариковых подшипников (см. авт. св. СССР N 1346402, кл. B 24 B 19/06, 1985), согласно которому устанавливают в держателе инструмент, сообщают ему колебательное движение вокруг центра кривизны поперечного профиля дорожки качения и прижимают с постоянным усилием к обрабатываемой поверхности, при этом инструмент упруго закрепляют на держателе. There is also known a method of superfinishing raceways of ball bearings (see ed. St. USSR N 1346402, class B 24 B 19/06, 1985), according to which the tool is installed in the holder, the oscillatory movement around the center of curvature of the transverse profile of the raceway and pressed with constant force to the surface to be machined, while the tool is elastically mounted on the holder.

Недостатком такого способа является то, что он не обеспечивает равномерность съема припуска по образующей желоба кольца в поперечном сечении. Это происходит из-за отсутствия идентичности торической формы рабочего участка инструмента кривизне профиля обрабатываемого желоба. The disadvantage of this method is that it does not ensure uniformity of stock removal along the generatrix of the groove of the ring in cross section. This is due to the lack of identity of the toric shape of the working section of the tool with the curvature of the profile of the processed trough.

Известно техническое решение по авт. св. СССР N 155738, кл. B 24 B, 1963 г., в котором описано устройство, реализующее способ обработки желоба кольца шарикоподшипника специальным притиром, выполненным в виде металлической державки с пазами для сменных полос кожи, прижимающих абразивную ленту к обрабатываемой поверхности кольца. Притиру и огибающей его рабочую поверхность абразивной ленте сообщается колебательное движение вокруг центра кривизны поперечного профиля желоба, а кольцу - вращение вокруг своей оси. Недостатком такого способа обработки является неравномерный снимаемый припуск по образующей дорожки качения и соответственно ухудшение геометрической формы поперечного профиля дорожки качения, а также дефекты в виде участков с различной высотой шероховатости и волнистости поверхности на обработанной поверхности желоба. Причиной неравномерного съема материала детали является то, что абразивная лента прижимается к обрабатываемой поверхности неравномерно, с различным усилием, из-за низкой точности формы рабочей поверхности притира, выполненного в виде нескольких полос кожи. Кроме того, полосы кожи деформируются при обработке детали и рабочая поверхность притира быстро теряет первоначальную форму и качество обработки еще более ухудшается. Known technical solution for ed. St. USSR N 155738, class B 24 B, 1963, which describes a device that implements a method of processing the grooves of a ball bearing ring with a special lapping, made in the form of a metal holder with grooves for interchangeable strips of leather, pressing the abrasive tape to the surface of the ring. Lapping and the abrasive belt enveloping its working surface are given oscillatory motion around the center of curvature of the transverse profile of the trough, and the ring is rotated around its axis. The disadvantage of this processing method is the uneven removable allowance along the generatrix of the raceway and, accordingly, the geometric shape of the transverse profile of the raceway deterioration, as well as defects in the form of sections with different heights of surface roughness and undulation on the machined surface of the trough. The reason for the uneven removal of the material of the part is that the abrasive tape is pressed unevenly to the work surface with different forces, due to the low accuracy of the form of the grinding surface made in the form of several strips of leather. In addition, the skin strips are deformed during processing of the part and the working surface of the lapping quickly loses its original shape and the quality of processing is even worse.

Известен также способ обработки желобчатых поверхностей по авт. св. 283843, принятый за прототип, в котором абразивной ленте, прижимаемой к обрабатываемой поверхности желоба неподвижным доводником-прижимом, сообщается принудительное осциллирующее движение в плоскости, перпендикулярной плоскости детали. При этом доводник, выполненный из текстолита или другого материала, предварительно прирабатывают к поверхности эталонного кольца с целью придания ему требуемой формы профиля дорожки качения. Недостатком такого метода обработки являются значительные усилия, необходимые для перемещения абразивной ленты при осцилляции, что приводит к частым ее обрывам, а также износ и потеря формы рабочей части доводника из-за трения о поверхность абразивной ленты, что ухудшает качество обработки. There is also a method of processing grooved surfaces according to ed. St. 283843, adopted for the prototype, in which an abrasive belt pressed against the machined surface of the trough by a fixed closure-clamp, a forced oscillating movement is reported in a plane perpendicular to the plane of the part. At the same time, the closer, made of textolite or other material, is pre-burned to the surface of the reference ring in order to give it the desired profile of the raceway. The disadvantage of this processing method is the significant effort required to move the abrasive belt during oscillations, which leads to frequent breaks, as well as wear and loss of the working part of the closer due to friction on the surface of the abrasive belt, which affects the quality of processing.

Недостатком метода также является неравномерность съема припуска материала по образующей поперечного профиля детали. Причина этого заключается в том, что метод профилирования доводника по эталонному кольцу не обеспечивает достаточной точности формы доводника, так как обрабатываемые детали имеют отклонение размеров в пределах допусков на изготовление, отличаются от размеров эталонного кольца и, кроме того, не учитывается толщина и упругие свойства абразивной ленты. При обработке таким доводником центр кривизны его рабочего профиля смещается на толщину абразивной ленты, огибающей профиль доводника. Боковые зоны контакта в местах сопряжения поверхностей желоба и бортиков кольца оказываются наиболее нагруженными рабочим усилием. В центральной части зоны контакта инструмента и детали образуется зазор. Материал интенсивно удаляется сначала с боковых участков поверхности желоба и только при достаточно большом съеме по всей поверхности обрабатываемого желоба кольца. Геометрическая точность поперечного профиля желоба при этом ухудшается. Для колец, имеющих тонкий слой покрытия, такой метод оказывается непригодным, так как материал покрытия полностью удаляется с боковых поверхностей, а центральная часть желоба остается не обработанной. При этом нарушается сплошность покрытия, что является не допустимым. Кроме того, использование абразивной поверхности ленты в качестве инструмента при обработке мягких покрытий приводит к их шаржированию абразивными частицами и быстрому выходу подшипников из строя. Другими недостатками метода являются значительные затраты времени на приработку доводника по поверхности кольца, а также ограничения при выборе материала доводника. Так, например, при использовании абразивных брусков в качестве доводника, эталонное кольцо быстро изнашивается и теряет размер, а доводники из металлических или полимерных материалов типа фторопласта плохо прирабатываются к металлическому кольцу. The disadvantage of this method is the uneven removal of material allowance along the generatrix of the transverse profile of the part. The reason for this is that the method of profiling the closer on the reference ring does not provide sufficient accuracy of the shape of the closer, since the workpieces have dimensional deviations within manufacturing tolerances, differ from the sizes of the reference ring and, in addition, the thickness and elastic properties of the abrasive are not taken into account tapes. When processing such a closer, the center of curvature of its working profile is shifted by the thickness of the abrasive tape enveloping the profile of the closer. The lateral contact zones at the interface between the surfaces of the trough and the rims of the ring are the most loaded with the working force. A gap is formed in the central part of the contact zone between the tool and the part. The material is intensively removed first from the side portions of the surface of the gutter and only with a sufficiently large removal over the entire surface of the processed gutter ring. The geometric accuracy of the transverse profile of the gutter is degraded. For rings having a thin coating layer, this method is unsuitable, since the coating material is completely removed from the side surfaces, and the central part of the gutter remains untreated. In this case, the continuity of the coating is violated, which is not acceptable. In addition, the use of the abrasive surface of the tape as a tool in the processing of soft coatings leads to their sharpening with abrasive particles and the rapid failure of bearings. Other disadvantages of the method are the significant time spent on running-in of the closer on the surface of the ring, as well as the limitations when choosing the material of the closer. So, for example, when using abrasive bars as a closer, the reference ring wears out quickly and loses size, and closers made of metal or polymeric materials such as fluoroplastic are poorly run in to the metal ring.

Поставлена цель предложить простую технологию суперфинишной обработки желоба колец шариковых подшипников, обеспечивающую выравнивание съема припуска по образующей дорожки качения и прикатки гребней от следов предыдущей обработки. The goal is to offer a simple technology for super-finishing the grooves of ball bearing rings, ensuring alignment of stock removal along the generatrix of the raceway and rolling ridges from traces of previous processing.

Цель достигнута тем, что обрабатываемому кольцу сообщают вращательное движение вокруг оси, а доводочному инструменту - колебательные движения вокруг центра кривизны поперечного профиля желоба и прижимают его с постоянным усилием к обрабатываемой поверхности. В качестве доводочного инструмента используют эластичную ленту, прижимаемую рабочей поверхностью к обрабатываемой поверхности желоба жестким прижимом. Рабочую поверхность прижима предварительно профилируют так, чтобы кривизна ее профиля была равна кривизне профиля обрабатываемого желоба. Для этого переворачивают эластичную ленту рабочей поверхностью кверху, размещают ее продольно в желобе невращающегося кольца, прижимают сверху неподвижным прижимом и сообщают кольцу вместе с эластичной лентой колебательные движения относительно неподвижного прижима вокруг оси кольца. В качестве одного из вариантов исполнения способа используют полотняную микрозернистую шкурку как эластичную ленту, при этом ее рабочей поверхностью является тыльная сторона абразивной шкурки. В качестве жесткого прижима используют микрозернистый абразивный брусок, а также он может быть выполнен из эластичного материала, например полимера или резины. Кроме того, жесткий прижим может быть выполнен из мягкого металла, например меди, бронзы или алюминия. The goal is achieved in that the rotary movement around the axis is reported to the machined ring, and the oscillating motion around the center of curvature of the transverse profile of the groove is communicated to the finishing tool and presses it with constant force to the machined surface. As a finishing tool, an elastic tape is used, which is pressed by the working surface to the machined surface of the trough with a rigid clamp. The working surface of the clip is pre-profiled so that the curvature of its profile is equal to the curvature of the profile of the processed trough. To do this, turn the elastic tape upside down with its working surface, place it longitudinally in the gutter of the non-rotating ring, press it from above with a fixed clip and inform the ring together with the elastic tape with oscillatory movements relative to the fixed clip around the axis of the ring. As one of the variants of the method use a linen micrograin skin as an elastic tape, while its working surface is the back side of the abrasive skin. As a hard clip, a micrograin abrasive block is used, and it can also be made of an elastic material, such as polymer or rubber. In addition, the hard clip can be made of soft metal, such as copper, bronze or aluminum.

На фиг. 1 дан общий вид схемы обработки желоба; на фиг. 2 - вид сбоку по фиг. 1; на фиг. 3 - общий вид схемы профилирования прижима. In FIG. 1 shows a General view of the processing circuit of the chute; in FIG. 2 is a side view of FIG. one; in FIG. 3 is a general view of the clip profiling circuit.

Предлагаемый способ суперфиниширования желоба колец шариковых подшипников заключается в следующем. Кольцо 1 шарикоподшипника, внутреннее или наружное (на схеме показано внутреннее кольцо), устанавливается на оправке станка и ему придается вращательное движение. Жесткий прижим 2 устанавливается над обрабатываемым желобом кольца 1. Между прижимом 2 и желобом кольца 1 помещается поперек плоскости его вращения эластичная лента 3, имеющая рабочую поверхность 4. Жесткому прижиму 2 сообщается постоянное усилие P, которым он прижимает эластичную ленту 3 ее рабочей поверхностью 4 к поверхности обрабатываемого желоба кольца 1. Эластичная лента 3 плотно облегает всю торическую форму желоба, поскольку форма рабочего участка жесткого прижима 2 имеет кривизну профиля, идентичную кривизне профиля обрабатываемого желоба. Затем прижиму 2 вместе с эластичной лентой 3 сообщаются колебательные движения на угол α вокруг центра кривизны O поперечного профиля желоба. При этом рабочая поверхность 4 эластичной ленты 3 скользит по обрабатываемой поверхности желоба кольца 1 и сглаживает гребни от предыдущей обработки. Поскольку эластичная лента 3 под давлением P жесткого прижима 2 может менять как свою форму, так и толщину h, то в результате получается равномерный съем по всей обрабатываемой поверхности желоба сложного профиля. The proposed method for superfinishing the groove of ball bearing rings is as follows. Ball bearing ring 1, internal or external (the inner ring is shown in the diagram), is mounted on the mandrel of the machine and is given a rotational movement. A rigid clip 2 is installed above the machined groove of the ring 1. Between the clamp 2 and the groove of the ring 1, an elastic tape 3 having a working surface 4 is placed across the plane of its rotation 4. A constant force P is applied to the rigid clamp 2 by which it presses the elastic tape 3 with its working surface 4 to the surface of the machined groove of the ring 1. The elastic tape 3 fits tightly over the entire toric shape of the groove, since the shape of the working portion of the rigid clamp 2 has a profile curvature identical to the profile curvature gutters. Then I press 2 together with the elastic tape 3, oscillatory movements are reported at an angle α around the center of curvature O of the transverse profile of the trough. In this case, the working surface 4 of the elastic tape 3 slides along the machined surface of the groove of the ring 1 and smooths the ridges from the previous treatment. Since the elastic tape 3 under pressure P of the rigid clamp 2 can change both its shape and thickness h, the result is a uniform removal over the entire machined surface of the trench of a complex profile.

В качества эластичной ленты может быть использована, например, абразивная микрозернистая шкурка на полотняной основе. При этом ее рабочей поверхностью 4 является тыльная сторона абразивной шкурки, не покрытая абразивными зернами, которая вместе с прижимом и служит доводочным инструментом при операции суперфиниширования желоба колец. As elastic tape can be used, for example, abrasive micrograin skin on a linen basis. Moreover, its working surface 4 is the back side of the abrasive skin, not covered with abrasive grains, which, together with the clamp, serves as a finishing tool in the operation of superfinishing the gutter of the rings.

В качестве прижима использует обычно микрозернистый абразивный брусок, рабочей поверхности которого можно легко придать форму необходимой кривизны. Однако такой прижим может быть изготовлен и из любого другого плотного и эластичного материала, например полимера или резины. Хорошо зарекомендовал себя прижим из мягкого металла, например меди, бронзы, алюминия. Usually, a micrograin abrasive block is used as a clamp, the working surface of which can easily be shaped into the required curvature. However, such a clamp can also be made of any other dense and elastic material, for example, polymer or rubber. A clamp made of soft metal, such as copper, bronze, aluminum, has proven itself.

Профилирование прижима с целью придания его рабочей поверхности кривизны профиля, идентичной кривизне профиля обрабатываемого желоба, осуществляют следующим образом (фиг. 3). Эластичную ленту 3 переворачивают и помещают в желоб обрабатываемого невращающегося кольца 1 в продольном направлении рабочей поверхностью 4 наружу. Ленту прижимают к желобу постоянным усилием P и придают ей вместе с кольцом 1 колебательные движения на угол β^° относительно неподвижного прижима 2 вокруг оси O₁. Эластичная лента 3, плотно облегая поверхность желоба, своей рабочей поверхностью 4 скользит по рабочей поверхности жесткого прижима 2 и сглаживает неровности и выступы на сложной криволинейной поверхности прижима, придавая ему кривизну профиля, идентичную кривизне профиля обрабатываемой поверхности желоба.The profiling of the clip in order to give its working surface a curvature of the profile identical to the curvature of the profile of the machined trough is carried out as follows (Fig. 3). The elastic tape 3 is turned over and placed in the groove of the workable non-rotating ring 1 in the longitudinal direction with the working surface 4 outward. The tape is pressed against the gutter by a constant force P and, together with the ring 1, is given oscillating movements by an angle β ^° relative to the fixed clip 2 about the axis O ₁ . The elastic tape 3, tightly fitting the surface of the gutter, slides along the working surface of the rigid clamp 2 with its working surface 4 and smoothes out irregularities and protrusions on the complex curved surface of the clamp, giving it a profile curvature identical to the profile curvature of the processed surface of the gutter.

Прелагаемый способ суперфиниширования отличается простотой, доступностью осуществления на имеющемся оборудовании и хорошей результативностью. Проведенные опыты показали, что предлагаемым способом поверхность желоба подшипника можно отполировать до шероховатости R_a = 0,04 - 0,02 мкм, одновременно убрав гребни от предыдущей обработки, имеющие W-образную форму.The proposed method of superfinishing is simple, affordable implementation on existing equipment and good performance. The experiments showed that the proposed method, the surface of the groove of the bearing can be polished to a roughness R _a = 0.04 - 0.02 μm, while removing ridges from the previous processing, having a W-shape.

Таким образом, предлагаемое техническое решение является новым по сравнению с прототипом, имеет изобретательский уровень по сравнению с известным уровнем техники и является промышленно применимым, т.е. отвечает условиям патентоспособности изобретения. Thus, the proposed technical solution is new in comparison with the prototype, has an inventive step in comparison with the prior art and is industrially applicable, i.e. meets the conditions of patentability of the invention.

Claims

1. The method of superfinishing the groove of ball bearing rings, in which the ring is rotated around the axis, and the elastic tape is pressed with the working surface to the work surface with a pre-profiled hard clip and moved relative to the groove, characterized in that the elastic tape is moved together with the clip around the center of curvature of the transverse the profile of the trough, while taking a clamp, profiled by the oscillatory movement of the ring together with an elastic tape around the axis of the ring with the location tape longitudinally machined trough working surface facing towards the squeeze.

2. The method according to claim 1, characterized in that as the elastic tape take linen micrograin abrasive skin, and the back side is used as its working surface.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that as a hard clip use a fine-grained abrasive block.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a dense elastic material is used as the hard clamp material.

5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a soft metal is used as the material of the hard clip.