球轴承外圈沟道ELID成形磨削工艺参数优化

李新; 赵坤; 陈光; 任成祖; 张宇鑫; 刘泽栋

doi:10.13433/j.cnki.1003-8728.20200250

球轴承外圈沟道ELID成形磨削工艺参数优化

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200250

李新^1,,
赵坤²,
陈光¹,
任成祖^1, ,,
张宇鑫¹,
刘泽栋¹

1.
天津大学天津市装备设计与制造技术重点实验室, 天津 300354
2.
宁波慈兴轴承有限公司, 浙江慈溪 315301

基金项目:

国家自然科学基金重点项目 51675377

天津市应用基础与前沿技术研究计划重点项目 15JCZDJC39500

宁波市科技创新重大专项 2018B10005

详细信息

作者简介:
李新(1995-), 硕士研究生, 研究方向为球轴承套圈沟道ELID精密磨削, sherry_mumu@tju.edu.cn

通讯作者:
任成祖, 教授, 博士生导师, renchz@tju.edu.cn

中图分类号: TG580.6
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出版历程
- 收稿日期: 2020-06-02
- 刊出日期: 2021-10-01

Process Parameter Optimization of Outer Ring Raceway in ELID Forming Grinding of Ball Bearings

1.
Tianjin Key Lab Equipment Design & Manufacturing Technology, Tianjin University, Tianjin 300354, China
2.
Ningbo Cixing Bearing Limited Company, Cixi 315301, Zhejiang, China

摘要

摘要: 为了优化球轴承外圈沟道ELID(Electrolytic In-process Dressing) 成形磨削工艺参数，通过多因素正交试验研究了ELID成形磨削过程中磨削参数和电解参数对砂轮磨损和工件表面粗糙度的影响规律，综合砂轮径向磨损量和工件表面粗糙度两个指标对磨削试验进行了综合评估。结果表明，磨削参数中的径向进给速度对砂轮径向磨损量的影响最大，砂轮转速对工件表面粗糙度影响最大；电解参数中的占空比对砂轮径向磨损量的影响较大，电解电压对工件表面粗糙度影响较大；砂轮转速为18 000 r/min，工件转速为100 r/min，径向进给速度为1 μm/min，占空比为50%，电解电压为90 V(6.7 Ω)时，综合效果最优。
- ELID成形磨削 /
- 外圈沟道 /
- 砂轮磨损 /
- 表面粗糙度 /
- 最优工艺参数
Abstract: In order to optimize the process parameters of the outer ring raceway in the ELID forming grinding of ball bearings, the effects of the grinding parameters and electrolytic parameters on the grinding wheel wear and workpiece surface roughness in the ELID forming grinding process were studied by multi factor orthogonal test. And the grinding was evaluated by two indexes of grinding wheel radial wear and workpiece surface roughness. The results showed that the radial feed speed of grinding parameters has the greatest influence on the radial wear of grinding wheel, and the wheel rotation speed has the greatest influence on the surface roughness of workpiece; the duty ratio of electrolytic parameters has a greater influence on the radial wear of grinding wheel, and the electrolytic voltage has a greater influence on the surface roughness of workpiece; the grinding effect is the best at a grinding wheel rotation speed of 18 000 r/min, workpiece rotation speed of 100 r/min, radial feed speed of 1 μm/min, duty cycle of 50%, and an electrolytic voltage of 90 V(6.7 Ω).
- ELID forming grinding /
- outer ring raceway /
- wheel wear /
- surface roughness /
- optimal process parameters

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图 1 球轴承外圈沟道ELID成形磨削系统原理

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图 2 ELID磨削过程的砂轮表面氧化膜动态平衡

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图 3 外圈沟道ELID成形磨削系统

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图 4 外圈沟道ELID成形磨削系统局部

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图 5 砂轮径向磨损量测量

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图 6 工件表面粗糙度测量

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图 7 ELID磨削系统电解回路

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图 8 预修锐电解电流变化趋势

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图 9 工件表面粗糙度和砂轮径向磨损量随磨削参数变化

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图 10 工件表面粗糙度和砂轮径向磨损量随电解参数变化

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图 11 磨削参数综合影响

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图 12 电解参数综合影响

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表 1 试验设备及条件

设备、条件	型号、参数
电极方式	工件阴极
磨床	3MZ1 410(数控升级)
电源	高频直流脉冲电源(TJCP-Ⅱ)
磨削液	ELID专用磨削液(TJMX-V)
砂轮	W40铸铁基CBN砂轮, 磨粒尺寸为28~40 μm, 浓度为100%
工件	6 206球轴承外圈
粗糙度仪	FormTalysurfi120泰勒粗糙度仪
MDS-50电阻应变式微型力传感器	灵敏度＞1.743 7 mV/V, 线性误差＜2%F.S, 重复性误差＜6%F.S, 激励电压5-12VDC;
动态电阻应变仪	增益1 000, 电源8 V, 量程2 V

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表 2 试验工艺参数范围

工艺参数	取值范围
砂轮转速/(r·min^-1)	12 000~18 000
工件转速/(r·min^-1)	100~400
径向进给速度/(μm·min^-1)	1~4
电源电压/V	60~120
占空比/%	20~100

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表 3 因素水平表

参数名	水平
参数名	1	2	3	4
砂轮转速/(r·min^-1)	12 000	14 000	16 000	18 000
工件转速/(r·min^-1)	100	200	300	400
径向进给速度/(μm·min^-1)	1	2	3	4
占空比/%	25	50	75	100
电解电压	60 V (6.7Ω)	60 V (20Ω)	90 V (6.7Ω)	90 V (20Ω)

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表 4 球轴承外圈沟道ELID成形磨削试验设计表

试验序号	砂轮转速/ (r·min^-1)	工件转速/ (r·min^-1)	径向进给速度/(μm·min^-1)	占空比/%	电解电压
1	12 000	100	1	25	60V(6.7Ω)
2	12 000	200	2	50	60V(20Ω)
3	12 000	300	3	75	90V(6.7Ω)
4	12 000	400	4	100	90V(20Ω)
5	14 000	100	2	75	90V(20Ω)
6	14 000	200	1	100	90V(6.7Ω)
7	14 000	300	4	25	60V(20Ω)
8	14 000	400	3	50	60V(6.7Ω)
9	16 000	100	3	100	60V(20Ω)
10	16 000	200	1	75	60V(6.7Ω)
11	16 000	300	4	50	90V(20Ω)
12	16 000	400	2	25	90V(6.7Ω)
13	18 000	100	4	50	90V(6.7Ω)
14	18 000	200	3	25	90V(20Ω)
15	18 000	300	2	100	60V(6.7Ω)
16	18 000	400	1	75	60V(20Ω)

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表 5 球轴承外圈沟道ELID成形磨削试验结果

试验序号	工件表面粗糙度R_a/μm	砂轮径向磨损量W/μm
1	1.04	2.4
2	1.04	3.2
3	0.96	10.1
4	0.95	11.8
5	0.86	2.5
6	0.85	7.3
7	1.05	6.5
8	0.94	8.8
9	0.96	8.5
10	0.91	7.8
11	0.85	3.5
12	0.89	4.5
13	0.82	7.1
14	0.90	5.2
15	0.85	7.3
16	0.96	4.5

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表 6 各工艺参数对两个指标的综合均值响应 μm

因素	砂轮转速	工件转速	径向进给速度	占空比	电解电压
水平1	0.713	0.406	0.483	0.570	0.489
水平2	0.448	0.439	0.355	0.391	0.704
水平3	0.365	0.469	0.540	0.438	0.312
水平4	0.295	0.506	0.442	0.422	0.315
极差	0.418	0.100	0.185	0.179	0.392
影响程度	砂轮转速＞电解电压＞径向进给速度＞占空比＞工件转速

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表 7 最优工艺参数

砂轮转速/ (r·min^-1)	工件转速/ (r·min^-1)	径向进给速度/ (μm·min^-1)	占空比/%	电解电压
18 000	100	1	50	90 V (6.7 Ω)

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