精密磨削技術(shù)在推力軸承中的應(yīng)用

李軼青

摘 要：文章簡(jiǎn)單介紹精密加工技術(shù)和液體動(dòng)壓推力軸承，從改善水電機(jī)組推力軸承性能入手，探討將精密加工技術(shù)應(yīng)用于液體動(dòng)壓推力軸承生產(chǎn)的可行性及對(duì)刀具、機(jī)床、工藝參數(shù)等方面提出的要求。

關(guān)鍵詞：精密加工技術(shù)；磨削加工；液體動(dòng)壓推力軸承

精密加工技術(shù)，是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)最主要的發(fā)展方向之一，在提高機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量，及新產(chǎn)品、新技術(shù)的開發(fā)中起著至關(guān)重要的作用，是衡量國家制造技術(shù)水平高低的重要標(biāo)志，廣泛應(yīng)用于電子、光學(xué)元件、儀器儀表、軍工、能源、航空航天等領(lǐng)域。目前精密加工技術(shù)日趨成熟，已形成系列，它包括精密切削、精密磨削、精密研磨、精密特種加工等。要將精密加工技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)中，應(yīng)從產(chǎn)品性能需求入手，探討精密加工技術(shù)的必要性，并進(jìn)一步從刀具、機(jī)床、工藝參數(shù)等方面研究精密加工技術(shù)的可行性。

1 精密磨削技術(shù)

精密磨削技術(shù)是精密加工技術(shù)的一個(gè)重要分支，是利用細(xì)粒度的磨?；蛭⒎蹖?duì)工件進(jìn)行加工，從而獲得高精度和低粗糙度的加工表面的技術(shù)。在上世紀(jì)80年代末由日本和歐美的眾多公司和研究機(jī)構(gòu)相繼推出了兩種精密磨削工藝：塑性磨削和鏡面磨削。

鏡面磨削，顧名思義，它關(guān)心的不是切屑形成的機(jī)理而是磨削后的工件表面的特性。當(dāng)磨削后的工件表面反射光的能力達(dá)到一定程度時(shí)，該磨削過程被稱為鏡面磨削。鏡面磨削是一種超微量切除加工，其技術(shù)關(guān)鍵是精密機(jī)床和砂輪磨粒材料的選擇。

2 液體動(dòng)壓推力軸承

2.1 液體動(dòng)壓推力軸承原理

液體動(dòng)壓推力軸承支撐對(duì)著水輪發(fā)電機(jī)組的整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，是水輪發(fā)電機(jī)組的核心部件之一，也是加工質(zhì)量要求最高的零部件之一。由于機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件總重量大，大型水電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部件總重可超過1000噸，對(duì)推力軸承的性能有很高要求，對(duì)推力軸承的加工質(zhì)量也提出了很高的要求，推力軸承的質(zhì)量將直接影響機(jī)組的性能。

液體動(dòng)壓軸承是靠液體潤滑劑動(dòng)壓力形成的液膜隔開兩摩擦表面并承受載荷的滑動(dòng)軸承。液體潤滑劑是被兩摩擦面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)帶入兩摩擦面之間的。產(chǎn)生液體動(dòng)壓力的條件是：（1）兩摩擦面有足夠的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；（2）潤滑劑有適當(dāng)?shù)恼扯?；?）兩表面間的間隙是收斂的。

2.2 應(yīng)用精密磨削技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

機(jī)械加工后的兩摩擦表面微觀是凹凸不平的。在正常運(yùn)行的液體動(dòng)壓軸承中，油膜最?。赐ǚQ最小油膜厚度）處兩表面的微觀凸峰不接觸，因而兩表面沒有磨損。這時(shí)的摩擦完全屬于油的內(nèi)摩擦，摩擦系數(shù)可小至0.001。油的粘度越低，摩擦系數(shù)越小，推力軸承性能越好，但最小油膜厚度也越薄。當(dāng)最小油膜厚度處兩表面的微觀凸峰接觸時(shí)，油膜破裂，摩擦和磨損都急劇增大，液壓軸承無法正常工作，甚至損壞。因此，油的最低粘度受到最小油膜厚度的限制，而最小油膜厚度受兩摩擦表面的微觀凸峰大小影響，即受兩摩擦表面尺寸精度及表面粗糙度影響。采用精密磨削技術(shù)加工推力軸承瓦及鏡板的工作面，可以有效提高表面質(zhì)量，提高軸承承載能力，減小磨損，延長(zhǎng)軸承壽命。以鏡板加工為例，傳統(tǒng)加工方法采用精加工后珩磨，其表面精度約為平面度0.01-0.02mm，表面粗糙度Ra0.2-Ra0.4。采用精密磨削技術(shù)，加工精度可達(dá)0.1μm-1μm，表面粗糙度Ra0.01μm-0.2μm。

3 精密磨削技術(shù)的應(yīng)用

要將精密磨削技術(shù)應(yīng)用在液體動(dòng)壓推力軸承上，主要需解決刀具、機(jī)床及工藝參數(shù)三大技術(shù)問題。

3.1 刀具

磨削刀具選用超硬磨料砂輪。超硬磨料砂輪磨削能力強(qiáng)，加工效率高，耐磨耐用，容易控制加工尺寸及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，綜合加工成本低；加工時(shí)磨削力小，溫度低，不會(huì)造成工件表面燒傷裂紋和組織變化，加工表面質(zhì)量高。超硬磨料主要有金剛石磨料和CBN（立方氮化硼）磨料兩種。金剛石在加工過程中會(huì)與鋼材發(fā)生反應(yīng)造成刀具化學(xué)磨損甚至損壞，同時(shí)影響工件表面材質(zhì)，不滿足加工需要。砂輪磨料選用CBN磨料。砂輪用于加工推力軸承工作面，屬于平面磨削，對(duì)砂輪性能要求相對(duì)較低，且由于工件尺寸較大，加工時(shí)間長(zhǎng)，要求砂輪易于修整，砂輪結(jié)合劑可采用樹脂結(jié)合劑以滿足上述要求。

3.2 機(jī)床

精密磨削技術(shù)要求加工穩(wěn)定性好、振動(dòng)小、線速度高。因此，對(duì)機(jī)床有一定要求：

（1）砂輪主軸回轉(zhuǎn)精度要高。

（2）機(jī)床剛度要好，一般要求比普通磨床高50%左右。

（3）磨床進(jìn)給系統(tǒng)的精度要高，進(jìn)給速度應(yīng)均勻準(zhǔn)確，以保證磨削的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度。

（4）機(jī)床各運(yùn)動(dòng)件應(yīng)有可靠的密封，以防超硬磨料進(jìn)入，加速機(jī)件的磨損。

（5）要有比較完善的磨削液過濾和供給系統(tǒng)，過濾精度應(yīng)小于0.5μm。

（6）機(jī)床各部分應(yīng)有相應(yīng)的防振和隔振措施，砂輪應(yīng)作精細(xì)動(dòng)平衡。

對(duì)于常規(guī)加工機(jī)床來說，以上六項(xiàng)要求很難全部滿足。工件的尺寸和重量較大，現(xiàn)有精密加工機(jī)床的加工能力可能無法滿足加工要求。而設(shè)計(jì)、購買專用的精密加工機(jī)床成本過高，經(jīng)濟(jì)性不好。對(duì)現(xiàn)有常規(guī)加工機(jī)床進(jìn)行優(yōu)化改造，使其能夠滿足精密加工的要求，是一個(gè)可行的方案。

3.3 工藝參數(shù)

精密磨削的磨削速度應(yīng)根據(jù)砂輪類型、磨削方式和冷卻等具體條件進(jìn)行選擇。提高砂輪工作速度，可顯著提高磨削效率和磨削比（如砂輪的磨削速度提高40%，磨削比可增加一倍），降低磨削成本。80-125m/s的線速度已成為當(dāng)前世界CBN砂輪磨削的主流。磨削深度一般為0.002-0.010mm，工件速度通常為10-30m/min，縱向進(jìn)給速度可取0.3-1.5m/min。粗磨時(shí)取大值，精磨時(shí)取小值。

3.4 切削液

精密磨削加工采用濕磨方式，既可延長(zhǎng)砂輪壽命，又可防止工件產(chǎn)生磨削燒傷。使用CBN砂輪濕磨時(shí)須注意，因?yàn)镃BN材料在高溫下會(huì)同空氣中的水及氧氣起反應(yīng)，生成氨和硼酸，這種反應(yīng)稱為水解作用，會(huì)加速砂輪磨損，因此在使用中常用水溶性油或帶有極壓添加劑的水溶液以減弱水解作用。用不同磨削液濕磨時(shí)，CBN砂輪的相對(duì)壽命不同，在選用磨削液時(shí)應(yīng)綜合考慮加工效果及加工成本，選用適當(dāng)?shù)哪ハ饕骸?/p>

4 結(jié)束語

以上討論了精密磨削技術(shù)應(yīng)用于水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承部件加工的可能。精密加工技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的重要發(fā)展方向。隨著新產(chǎn)品、新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，對(duì)機(jī)械加工水平的要求將越來越高，應(yīng)用精密加工技術(shù)生產(chǎn)的零件、產(chǎn)品也將越來越多。如何將精密加工技術(shù)借鑒、應(yīng)用到日常的生產(chǎn)活動(dòng)當(dāng)中，提高產(chǎn)品性能、質(zhì)量，也將成為機(jī)械制造企業(yè)發(fā)展壯大必然面臨的一大課題。相信，隨著精密加工技術(shù)在企業(yè)生產(chǎn)中更廣泛、更熟練的應(yīng)用，企業(yè)的加工質(zhì)量、加工效率都將有長(zhǎng)足的進(jìn)步，產(chǎn)品的性能也將得到更好的保證，為企業(yè)開拓出更廣闊的發(fā)展空間和未來。

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