Na indústria de rolamentos, os anéis externos dos rolamentos são geralmente peças de paredes finas. Geralmente, os tornos CNC usam métodos de fixação de mandril autocentrante ou de mandíbulas múltiplas ao tornear anéis externos de rolamentos. Tendo em vista o problema de deformação causado pela fixação hidráulica comum de autocentragem ou mandril de mandíbulas múltiplas no anel externo de rolamentos de torneamento duro, um método de usar mandris magnéticos eletropermanentes para fixar os anéis externos de rolamentos de paredes finas de torneamento duro foi proposto. Ao mesmo tempo, tendo em vista o problema de que o fenômeno de conicidade positiva ocorre no furo interno do anel externo de um rolamento de parede fina durante o torneamento duro, o que leva ao arredondamento excessivo do furo interno, propõe-se melhorar o fenômeno de conicidade positiva no furo interno, alterando a profundidade de corte e o caminho de corte para garantir o torneamento duro de rolamentos de paredes finas. A redondeza do furo interno do anel externo do rolamento comprova a viabilidade do uso de mandris magnéticos eletropermanentes para fixar o anel externo de rolamentos torneados de paredes finas.
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Prefácio
Como um dos elos mais fracos no torneamento duro, o método de fixação e posicionamento do rolamento sempre foi um gargalo que restringe a ampla aplicação da tecnologia de torneamento duro na indústria de rolamentos. O método de fixação e a precisão da fixação afetam diretamente a precisão da usinagem. Para alcançar a precisão do processamento de retificação no processo de torneamento duro, é muito importante escolher o método de fixação apropriado e como maximizar a precisão de fixação [1].
Os mandris autocentrantes ou de mandíbulas múltiplas tornaram-se o acessório preferido para operações de torneamento devido à sua ampla versatilidade, confiabilidade de fixação e precisão de centralização. Para o método de fixação de mandris autocentrantes ou de mandíbulas múltiplas, alterando a estrutura das mandíbulas, melhorando a precisão das mandíbulas e melhorando o layout das mandíbulas, a quantidade de deformação brusca do rolamento pode ser limitada e a precisão de fixação pode ser melhorada. Ren Minjie et al. [2] melhoraram a estrutura das garras do mandril autocentrante hidráulico dos tornos CNC, o que reduziu significativamente a deformação do anel externo de torneamento duro do rolamento e resolveu o problema de grande deformação do anel externo preso pelas três garras. O Dr. Jeongmin Byun [3], da Universidade de Purdue, nos Estados Unidos, analisou sistematicamente a fixação autocentrante do mandril. Ele não apenas descobriu os principais fatores que afetam o erro de fixação de peças cilíndricas de torneamento rígido, mas também propôs um método para eliminar a inclinação da peça e reduzir o erro de fixação. Os métodos para melhorar gradualmente a precisão da fixação incluem manter a redundância, melhorar a precisão da usinagem das mandíbulas e melhorar a precisão do arranjo das mandíbulas. Os resultados da pesquisa mostram que ao processar anéis de rolamentos de rolos cilíndricos com base na melhoria da precisão de fixação, a precisão do processamento pode atingir o nível de processamento de retificação, comprovando a viabilidade de “substituir retificadoras por tornos”. Atualmente, existem poucos casos de uso de mandris magnéticos eletropermanentes para fixar rolamentos torneados. Este método de fixação tem vantagens óbvias e pode evitar a deformação de rolamentos de paredes finas causada pela fixação por garras. No entanto, as desvantagens ainda não estão claras e precisam ser verificadas por meio de experimentos. JM Zhou et al. [4] da Universidade de Lund, na Suécia, descobriram que, ao cortar rolamentos, o uso de um mandril autocentrante para fixação pode causar deformação de até 20 μm e recomendou o uso de um mandril de seis mandíbulas ou mandril eletromagnético para fixação. Por meio de pesquisas experimentais em torneamento duro de peças de anel 100Cr6 com dureza de 60 a 62HRC, eles descobriram que, ao usar um mandril autocentrante para fixação, o erro de circularidade das peças do anel excedia 10 μm; ao usar um mandril de seis garras para fixação, o erro de circularidade das peças do anel excedeu 10 μm. O erro de circularidade das partes do anel é de cerca de 9 μm; ao usar fixação eletromagnética do mandril, o erro de circularidade das peças do anel é inferior a 4 μm.
Embora os mandris autocentrantes ou de mandíbulas múltiplas possam melhorar a deformação dos anéis externos dos rolamentos de paredes finas durante o torneamento duro, otimizando as mandíbulas, eles não podem resolver completamente o problema da deformação dos anéis externos dos rolamentos de paredes finas no torneamento duro. Portanto, o uso da fixação magnética eletropermanente do mandril tornou-se o melhor método para torneamento duro de anéis externos de rolamentos de paredes finas. Este artigo conduz pesquisas experimentais pela primeira vez usando um mandril magnético eletropermanente para fixar o anel externo de um rolamento torneado de parede fina. Ele verifica a viabilidade do mandril magnético eletropermanente para fixar o anel externo de um rolamento torneado de parede fina. Ele também analisa o furo interno do anel externo de um rolamento torneado e de paredes finas. Quando ocorre o fenômeno de conicidade positiva, a circularidade do furo interno está fora da tolerância. Propõe-se melhorar o fenômeno de conicidade positiva do furo interno, alterando a profundidade de corte e o caminho de corte.
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Introdução ao mandril magnético eletropermanente
O mandril magnético eletropermanente é feito de ímãs permanentes em vez de eletroímãs, e os blocos magneticamente permeáveis são geralmente ímãs permanentes. Quando começa a funcionar, o mandril magnético eletropermanente é energizado e magnetizado. Quando a força magnética definida é atingida, a energia é automaticamente cortada para manter a força magnética. Como não há necessidade de alimentação contínua durante o processo de trabalho, não gerará calor durante a operação contínua, evitando que a peça seja deformada pelo calor.
O mandril eletromagnético é feito com base no princípio do efeito magnético da eletricidade. A força magnética depende de uma corrente elétrica contínua. A desvantagem desse tipo de ventosa é que quando a corrente parar, ela liberará a peça. Se isso acontecer durante o trabalho, causará a projeção de peças e colocará o operador em risco de ferimentos. Ao mesmo tempo, após um período de funcionamento do mandril eletromagnético, o fluxo contínuo de corrente gerará calor, fazendo com que a peça seja aquecida e deformada, e a precisão da usinagem não pode ser garantida.
Este teste utiliza um mandril elétrico de ímã permanente, modelo X61-500. O modelo do controlador é LMSDVPL2VH301, conforme mostra a Figura 1.
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a) Mandril magnético eletropermanente b) Controlador
Figura 1 Mandril e controlador elétrico de ímã permanente
O mandril magnético eletropermanente pode absorver e fixar o anel externo de rolamentos de paredes finas por meio de força magnética. Não possui força de fixação radial na peça de trabalho e evita deformação de fixação. Este mandril magnético eletropermanente tem um total de 16 níveis de força magnética, e a força magnética é controlada ajustando sua corrente.
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Experiência no anel externo de rolamentos de paredes finas fixados por mandris magnéticos eletropermanentes
3.1 Seleção de equipamentos de máquinas-ferramenta
O torno vertical CNC T6-85H desenvolvido de forma independente pela General Technology Group Shenyang Machine Tool Co., Ltd. foi selecionado para o teste. A peça de trabalho é fixada verticalmente de modo que o centro de gravidade da peça coincida com o centro de gravidade do fuso para evitar erros de circularidade causados pela gravidade durante a fixação horizontal e garantir a circularidade da peça de trabalho [5]. Ao mesmo tempo, o peso próprio da peça de trabalho torna o contato com a superfície de referência do acessório preciso e próximo, obtendo assim alta precisão de posicionamento e precisão de processamento estável.
3.2 Seleção da peça
O teste de torneamento rígido seleciona o anel externo do rolamento de rolos cilíndricos como objeto de teste. A espessura da parede é de 6,5 mm, que é um rolamento de parede fina [6]. O material é GCr15 e a dureza após a têmpera é de 60~64HRC. A face final e o círculo externo da amostra são superfícies de desbaste ásperas, com boa consistência dimensional e qualidade superficial. Como o desbaste do furo interno é ineficiente e sujeito a queimaduras, este teste apenas torneou o furo interno com força, usando torneamento duro em vez de desbaste. Após o torneamento duro, ocorre também um processo de retificação fina e um processo de superacabamento. A peça de teste exige que o tamanho do furo interno após o torneamento duro seja 136,82~136.86mm, a circularidade do furo interno é 0.011mm, a cilindricidade do furo interno é {{19 }}.011 mm, a coaxialidade entre o furo interno e o círculo externo é de 0,02 mm, a verticalidade entre o furo interno e a face final é de 0,011 mm e o furo interno tem 0,011 mm de profundidade. O valor da rugosidade da superfície do furo Ra=1μm, conforme mostrado na Figura 2.
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um padrão
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b) Em branco
Figura 2 Anel externo do rolamento de rolos cilíndricos
3.3 Plano de processo
O plano de processo consiste em duas ferramentas para torneamento duro do furo interno do anel externo do rolamento de rolos cilíndricos. Os parâmetros de corte são: velocidade de rotação 250r/min, taxa de avanço 0,1mm/r, profundidade de corte unilateral da primeira ferramenta 0.08mm. , e profundidade de corte unilateral da segunda ferramenta 0,07 mm. São utilizadas pastilhas de CBN e o raio da ponta da ferramenta é de 0,8 mm, conforme mostrado na Figura 3.
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a) Lâmina b) Ferramenta
Figura 3 Lâminas e ferramentas de corte de CBN
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Procedimento experimental
A força magnética nominal do mandril magnético eletropermanente usado no teste é 160N/cm2, e a força de adsorção axial no anel externo do rolamento de rolos cilíndricos é 2432N. De acordo com o princípio da superfície de contato, o coeficiente de atrito entre a peça de trabalho e o bloco de posicionamento magnético do mandril magnético eletropermanente é 0,15, a força de atrito é 364,8N e a força combinada da força de corte principal e da força de corte radial de a peça em torneamento duro é de cerca de 120N. Portanto, o mandril magnético eletropermanente pode se adaptar totalmente às necessidades de fixação do torneamento duro.
Como o anel externo do rolamento é posicionado por um mandril magnético na face final, não há medida de centralização na circunferência. Na verdade, é muito difícil centralizar o anel externo com um medidor de circunferência. Portanto, um degrau de arco com profundidade de 5 mm é girado no bloco de posicionamento magnético para tornar o degrau circular. A folga entre o arco e o anel externo do rolamento deve ser a menor possível. A folga é de cerca de 0 0,01 mm, conforme mostrado na Figura 4. Ao mesmo tempo, ao girar automaticamente a superfície do degrau, é necessário garantir que a qualidade da superfície de contato entre o bloco condutor magnético e o anel externo do rolamento está bom. Após o processamento das peças, a desmontagem magnética será muito rápida. Facilmente, leva apenas 5 segundos para carregar e descarregar peças.
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Figura 4 Diagrama esquemático de torneamento duro e fixação do anel externo de rolamentos de rolos cilíndricos
As peças nº 1 a 5 foram torneadas de acordo com o método de fixação e parâmetros de corte acima. Após o torneamento, as peças foram inspecionadas por coordenadas tridimensionais, conforme mostrado na Figura 5, e a rugosidade superficial foi inspecionada por um medidor de rugosidade, conforme mostrado na Figura 6. Os resultados do teste são mostrados na Tabela 1, e o estado do peças após torneamento duro é mostrado na Figura 7.
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Figura 5 Detecção de três coordenadas
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Figura 6 Detecção de rugosidade superficial
Tabela 1 Resultados da inspeção do furo interno do anel externo do rolamento de rolos cilíndricos (nº 1 ~ 5) (unidade: μｍ) imagem
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Figura 7: O estado após torneamento difícil
Pode-se observar pelos dados da Tabela 1 que após o anel externo do rolamento de rolos cilíndricos ser fixado pelo mandril magnético eletropermanente e o furo interno ser torneado, a redondeza do furo interno, a coaxialidade entre o interno furo e o círculo externo, a perpendicularidade entre o furo interno e a face final e a rugosidade da superfície do furo interno O grau pode atender aos requisitos do desenho, e a cilindricidade do furo interno atende principalmente aos requisitos, mas também está próximo da tolerância limite exigida pelo desenho. Um ligeiro acúmulo de outros erros excederá a tolerância e fará com que a peça não seja qualificada. A razão é que a diferença entre os círculos superior e inferior do furo interno é grande, causando um fenômeno de conicidade direta no furo interno.
Para este fenômeno de cone positivo, conforme mostrado na Figura 4, o motivo da análise é que sob a fixação axial do mandril magnético eletropermanente, quando a altura do degrau do arco autogiro pode entrar em contato com o círculo externo do anel do rolamento, o o torno vertical começa de cima. Durante o processo de torneamento rígido do furo interno do anel externo do rolamento de parede fina, a rigidez insuficiente do anel externo do rolamento causa deformação radial da ferramenta durante o processo de corte. A parte circular superior do furo interno do anel externo do rolamento sofre deformação elástica devido à força de corte, e a quantidade de corte torna-se menor, resultando em uma profundidade de corte real inconsistente com a profundidade nominal de corte. A deformação da parte circular inferior do furo interno é pequena devido à superfície inferior do bloco magnético, à força de sucção dos degraus laterais e à pressão dos degraus laterais. A quantidade de corte é maior que a da parte circular superior do furo interno. O anel externo do rolamento apresenta um fenômeno de conicidade positiva no furo interno.
Teoricamente, este fenômeno de redução gradual pode ser reduzido ou eliminado por dois métodos. A primeira é alterar a profundidade de corte para reduzir a força de corte radial, como reduzir a profundidade de corte ao finalizar o furo interno do anel externo de um rolamento de parede fina; a segunda é mudar o caminho de corte, como ao terminar o furo interno do anel externo de um rolamento de parede fina, de acordo com o tamanho do cone positivo, use um certo cone reverso para cortar o furo interno, de modo que a quantidade de corte do círculo inferior do furo interno Menor ou igual à quantidade de corte do círculo superior do furo interno, reduzindo ou eliminando o fenômeno de conicidade direta do furo interno.
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Verificação experimental
5.1 Verifique o efeito da alteração da profundidade de corte no fenômeno de conicidade direta
O plano de processo consiste em três ferramentas para torneamento duro do furo interno do anel externo do rolamento de rolos cilíndricos. Os parâmetros de corte são: velocidade de rotação 250r/min, taxa de avanço 0,1mm/r, profundidade de corte unilateral da primeira ferramenta 0.08mm. , e a profundidade de corte unilateral da segunda ferramenta é de 0,05 mm, a profundidade de corte da terceira faca de um lado é de 0,02 mm. O método de fixação permanece inalterado, e as peças torneadas nº 6 a 10 são testadas por inspeção de coordenadas tridimensionais e medidor de rugosidade da superfície após o torneamento. Os resultados do teste são mostrados na Tabela 2.
Tabela 2 Imagens dos resultados da inspeção do furo interno do anel externo do rolamento de rolos cilíndricos (nº 6 a nº 10) (unidade: μｍ)
Pode-se observar pelos dados da Tabela 2 que, ao alterar a profundidade de corte, a quantidade de corte de acabamento mudou de 0.07 mm para 0,02 mm em um lado. Após o torneamento rígido do furo interno do anel externo do rolamento de rolos cilíndricos, todas as tolerâncias geométricas e rugosidade superficial foram testadas para atender aos desenhos. Exigir.
5.2 Verifique o efeito da mudança do caminho de corte no fenômeno de conicidade direta
O plano de processo consiste em duas ferramentas para torneamento duro do furo interno do anel externo do rolamento de rolos cilíndricos. Os parâmetros de corte são: velocidade de rotação 250r/min, taxa de avanço 0,1 mm/r, profundidade de corte unilateral da primeira ferramenta 0,08 mm e unilateral profundidade de corte da segunda ferramenta 0,07 mm. De acordo com os dados da Tabela 1, a diferença média entre os círculos superior e inferior do furo interno do rolamento e a largura do rolamento, a relação de conicidade é 1: 2,6493. Ao girar a segunda ferramenta, a profundidade de corte permanece inalterada, a compensação cônica é realizada e o caminho de corte é o caminho correspondente à relação de conicidade invertida. O método de fixação permanece inalterado e as peças torneadas nº 11 a 15 são testadas. Após o torneamento, as peças são testadas por inspeção de coordenadas tridimensionais e medidor de rugosidade superficial. Os resultados do teste são mostrados na Tabela 3.
Tabela 3 Imagens dos resultados da inspeção do furo interno do anel externo do rolamento de rolos cilíndricos (nº 11-15) (unidade: μｍ)
Pode-se observar pelos dados da Tabela 3 que, ao alterar o caminho de corte, a relação de conicidade é obtida com base no conhecido fenômeno de conicidade direta. A profundidade de corte permanece inalterada durante o corte e o caminho de corte é o caminho de relação de conicidade invertido correspondente. Depois de girar com força o furo interno do anel externo do rolamento de rolos cilíndricos, verifique se todas as tolerâncias geométricas e rugosidade da superfície atendem aos requisitos do desenho.
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Conclusão
Visando o problema de que mandris autocentrantes ou de mandíbulas múltiplas causarão deformação do anel externo de rolamentos de paredes finas ao fixar rolamentos de paredes finas torneados, este artigo propõe o uso de mandris magnéticos eletropermanentes para fixar o exterior anéis de rolamentos de paredes finas torneados e prova que o mandril magnético eletropermanente é usado para fixar o anel externo de rolamentos de paredes finas torneados A viabilidade de usar o mandril magnético para fixar o anel externo de rolamentos finos torneados -rolamentos murados.
Para o problema do fenômeno de conicidade direta no anel externo de rolamentos de paredes finas para torneamento duro, dois métodos são propostos para otimização. Uma é alterar a profundidade de corte e a outra é alterar o caminho de corte. Através da verificação experimental, descobriu-se que alterar a profundidade de corte é melhor do que alterar o caminho de corte. .
