Dans l’industrie des roulements, les bagues extérieures des roulements sont généralement des pièces à paroi mince. Généralement, les tours CNC utilisent des méthodes de serrage de mandrin à centrage automatique ou à plusieurs mors lors du tournage dur des bagues extérieures des roulements. Compte tenu du problème de déformation provoqué par l'autocentrage hydraulique ordinaire ou le serrage de mandrins à plusieurs mors sur la bague extérieure des roulements à rotation dure, une méthode d'utilisation de mandrins magnétiques électro-permanents pour serrer les bagues extérieures des roulements à paroi mince à rotation dure a été proposé. Dans le même temps, compte tenu du problème selon lequel le phénomène de conicité positive se produit dans le trou intérieur de la bague extérieure d'un roulement à paroi mince lors d'un tournage dur, ce qui conduit à une rondeur excessive du trou intérieur, il est proposé d'améliorer le phénomène de conicité positive dans le trou intérieur en modifiant la profondeur de coupe et la trajectoire de coupe pour assurer la rotation dure des roulements à paroi mince. La rondeur du trou intérieur de la bague extérieure du roulement prouve la faisabilité de l'utilisation de mandrins magnétiques électro-permanents pour serrer la bague extérieure des roulements à paroi mince tournés dur.
01
Préface
En tant que l'un des maillons les plus faibles du tournage dur, la méthode de serrage et de positionnement des roulements a toujours constitué un goulot d'étranglement limitant l'application généralisée de la technologie du tournage dur dans l'industrie des roulements. La méthode de serrage et la précision du serrage affectent directement la précision de l'usinage. Pour obtenir la précision du traitement de meulage dans le processus de tournage dur, il est très important de choisir la méthode de serrage appropriée et de maximiser la précision de serrage [1].
Les mandrins autocentrants ou multi-mors sont devenus l'appareil de choix pour les opérations de tournage en raison de leur grande polyvalence, de leur fiabilité de serrage et de leur précision de centrage. Pour la méthode de serrage des mandrins auto-centrants ou multi-mors, en modifiant la structure des mâchoires, en améliorant la précision des mâchoires et en améliorant la disposition des mâchoires, la quantité de déformation en rotation dure du roulement peut être limitée et la précision de serrage peut être améliorée. Ren Minjie et coll. [2] a amélioré la structure des griffes du mandrin hydraulique à centrage automatique des tours CNC, ce qui a considérablement réduit la déformation de la bague extérieure de rotation dure du roulement et a résolu le problème de déformation importante de la bague extérieure maintenue par les trois griffes. Le Dr Jeongmin Byun [3] de l'Université Purdue aux États-Unis a analysé systématiquement le serrage du mandrin à centrage automatique. Il a non seulement découvert les principaux facteurs affectant l'erreur de serrage des pièces cylindriques en tournage dur, mais a également proposé une méthode pour éliminer l'inclinaison de la pièce et réduire l'erreur de serrage. Les méthodes permettant d'améliorer progressivement la précision de serrage comprennent le maintien de la redondance, l'amélioration de la précision d'usinage des mâchoires et l'amélioration de la précision de l'agencement des mâchoires. Les résultats de la recherche montrent qu'en traitant les bagues de roulements à rouleaux cylindriques sur la base de l'amélioration de la précision de serrage, la précision du traitement peut atteindre le niveau du traitement de rectification, prouvant ainsi la faisabilité de « remplacer la rectification par des tours ». À l'heure actuelle, il existe peu de cas d'utilisation de mandrins magnétiques électropermanents pour serrer des roulements tournés dur. Cette méthode de serrage présente des avantages évidents et peut éviter la déformation des roulements à paroi mince provoquée par le serrage à griffes. Cependant, les inconvénients ne sont pas encore clairs et doivent être vérifiés par des expériences. JM Zhou et al. [4] de l'Université de Lund en Suède ont découvert que lors de la coupe de roulements, l'utilisation d'un mandrin auto-centrant pour le serrage peut provoquer une déformation allant jusqu'à 20 μm, et ont recommandé l'utilisation d'un mandrin à six mors ou d'un mandrin électromagnétique pour le serrage. Grâce à des recherches expérimentales sur des pièces annulaires en 100Cr6 en tournage dur avec une dureté de 60 à 62HRC, ils ont constaté que lors de l'utilisation d'un mandrin auto-centrant pour le serrage, l'erreur de rondeur des pièces annulaires dépassait 10 μm ; lors de l'utilisation d'un mandrin à six griffes pour le serrage, l'erreur de rondeur des pièces de l'anneau dépassait 10 μm. L'erreur de rondeur des parties de l'anneau est d'environ 9 µm ; lors de l'utilisation du serrage par mandrin électromagnétique, l'erreur de rondeur des pièces de l'anneau est inférieure à 4 μm.
Bien que les mandrins autocentrants ou multi-mors puissent améliorer la déformation des bagues extérieures des roulements à paroi mince lors du tournage dur en optimisant les mâchoires, ils ne peuvent pas résoudre complètement le problème de la déformation en tournage dur des bagues extérieures des roulements à paroi mince. Par conséquent, l’utilisation du serrage par mandrin magnétique électro-permanent est devenue la meilleure méthode pour le tournage dur des bagues extérieures de roulements à paroi mince. Cet article mène pour la première fois une recherche expérimentale utilisant un mandrin magnétique électro-permanent pour serrer la bague extérieure d'un roulement à paroi mince tourné dur. Il vérifie la faisabilité du mandrin magnétique électro-permanent pour serrer la bague extérieure d'un roulement à paroi mince tourné dur. Il analyse également le trou intérieur de la bague extérieure d'un roulement à paroi mince tourné dur. Lorsque le phénomène de conicité positive se produit, la rondeur du trou intérieur est hors tolérance. Il est proposé d'améliorer le phénomène de conicité positive du trou intérieur en modifiant la profondeur de coupe et la trajectoire de coupe.
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Introduction au mandrin magnétique électro-permanent
Le mandrin magnétique électro-permanent est constitué d'aimants permanents au lieu d'électro-aimants, et les blocs magnétiquement perméables sont généralement des aimants permanents. Lorsqu'il commence à fonctionner, le mandrin magnétique électro-permanent est alimenté et magnétisé. Lorsque la force magnétique définie est atteinte, l'alimentation est automatiquement coupée pour maintenir la force magnétique. Puisqu'il n'y a pas besoin d'alimentation continue pendant le processus de travail, il ne générera pas de chaleur pendant le fonctionnement continu, empêchant ainsi la pièce d'être déformée par la chaleur.
Le mandrin électromagnétique est fabriqué sur la base du principe de l'effet magnétique de l'électricité. La force magnétique dépend d'un courant électrique continu. L’inconvénient de ce type de ventouse est que lorsque le courant s’arrête, elle libère la pièce. Si cela se produit pendant le travail, des pièces voleront et l'opérateur risquera de se blesser. Dans le même temps, après que le mandrin électromagnétique ait fonctionné pendant un certain temps, le flux continu de courant générera de la chaleur, provoquant un échauffement et une déformation de la pièce, et la précision de l'usinage ne peut pas être garantie.
Ce test utilise un mandrin électrique à aimant permanent, modèle X61-500. Le modèle de contrôleur est LMSDVPL2VH301, comme illustré à la figure 1.
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a) Mandrin magnétique électro-permanent b) Contrôleur
Figure 1 Mandrin et contrôleur à aimant permanent électrique
Le mandrin magnétique électro-permanent peut absorber et serrer la bague extérieure des roulements à paroi mince grâce à la force magnétique. Il n'a aucune force de serrage radiale sur la pièce et évite la déformation de serrage. Ce mandrin magnétique électro-permanent possède un total de 16 niveaux de force magnétique, et la force magnétique est contrôlée en ajustant son courant.
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Expérience sur la bague extérieure de roulements à parois minces serrés par des mandrins magnétiques électro-permanents
3.1 Sélection de l'équipement de la machine-outil
Le tour vertical CNC T6-85H développé indépendamment par General Technology Group Shenyang Machine Tool Co., Ltd. a été sélectionné pour le test. La pièce est serrée verticalement de sorte que le centre de gravité de la pièce coïncide avec le centre de gravité de la broche pour éviter les erreurs de rondeur causées par la gravité lors du serrage horizontal et garantir la rondeur de la pièce [5]. Dans le même temps, le poids propre de la pièce rend le contact avec la surface de référence du luminaire précis et étroit, obtenant ainsi une précision de positionnement élevée et une précision de traitement stable.
3.2 Sélection de la pièce
Le test de tournage dur sélectionne la bague extérieure du roulement à rouleaux cylindriques comme objet de test. L'épaisseur de paroi est de 6,5 mm, ce qui correspond à un roulement à paroi mince [6]. Le matériau est du GCr15 et la dureté après trempe est de 60~64HRC. La face d'extrémité et le cercle extérieur de l'échantillon sont tous deux des surfaces de meulage rugueuses, avec une bonne cohérence dimensionnelle et une bonne qualité de surface. Étant donné que le meulage grossier du trou intérieur est inefficace et sujet aux brûlures, cet essai n'a fait que tourner fortement le trou intérieur, en utilisant un tournage dur au lieu d'un meulage grossier. Après le tournage dur, il y a également un processus de meulage fin et un processus de super-finition. L'éprouvette nécessite que la taille du trou intérieur après tournage dur soit de 136,82 ~ 136.86mm, la rondeur du trou intérieur est de 0.011 mm, la cylindricité du trou intérieur est de {{19 }}.011 mm, la coaxialité entre le trou intérieur et le cercle extérieur est de 0,02 mm, la verticalité entre le trou intérieur et la face d'extrémité est de 0,011 mm et le trou intérieur a une profondeur de 0,011 mm. La valeur de rugosité de la surface du trou Ra=1μm, comme le montre la figure 2.
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un motif
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b) Vide
Figure 2 Bague extérieure du roulement à rouleaux cylindriques
3.3 Plan de processus
Le plan de processus se compose de deux outils pour tourner dur le trou intérieur de la bague extérieure du roulement à rouleaux cylindriques. Les paramètres de coupe sont : vitesse de rotation 250r/min, vitesse d'avance 0,1 mm/r, profondeur de coupe unilatérale du premier outil 0.08 mm , et profondeur de coupe unilatérale du deuxième outil 0,07 mm. Des inserts CBN sont utilisés et le rayon de la pointe de l'outil est de 0,8 mm, comme le montre la figure 3.
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a) Lame b) Outil
Figure 3 Lames CBN et outils de coupe
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Procédure expérimentale
La force magnétique nominale du mandrin à aimant électropermanent utilisé dans le test est de 160N/cm2 et la force d'adsorption axiale sur la bague extérieure du roulement à rouleaux cylindriques est de 2432N. Selon le principe de la surface de contact, le coefficient de frottement entre la pièce et le bloc de positionnement magnétique du mandrin à aimant électro-permanent est de 0,15, la force de frottement est de 364,8 N et la force combinée de la force de coupe principale et de la force de coupe radiale de la pièce en tournage dur est d'environ 120N. Par conséquent, le mandrin magnétique électro-permanent peut s'adapter pleinement aux besoins de serrage du tournage dur.
La bague extérieure du roulement étant positionnée par un mandrin magnétique sur la face frontale, il n'y a pas de mesure de centrage sur la circonférence. En fait, il est très difficile de centrer la bague extérieure avec un circonférencemètre. Par conséquent, un pas d'arc d'une profondeur de 5 mm est tourné sur le bloc de positionnement magnétique pour rendre le pas circulaire. L'écart entre l'arc et la bague extérieure du roulement doit être aussi petit que possible. L'écart est d'environ 0,01 mm, comme le montre la figure 4. Dans le même temps, lors de l'auto-tournage de la surface de la marche, il est nécessaire de s'assurer que la qualité de la surface de contact entre le bloc conducteur magnétique et la bague extérieure du roulement est bonne. Une fois les pièces traitées, le démontage magnétique sera très rapide. Facilement, cela ne prend que 5 secondes pour charger et décharger les pièces.
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Figure 4 Schéma de principe du tournage dur et du serrage de la bague extérieure des roulements à rouleaux cylindriques
Les pièces n°1 à 5 ont été tournées dur selon la méthode de serrage et les paramètres de coupe ci-dessus. Après le tournage, les pièces ont été inspectées par coordonnées tridimensionnelles, comme le montre la figure 5, et la rugosité de la surface a été inspectée par un rugosimètre, comme le montre la figure 6. Les résultats des tests sont présentés dans le tableau 1 et l'état du Les pièces après tournage dur sont illustrées à la figure 7.
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Figure 5 Détection à trois coordonnées
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Figure 6 Détection de la rugosité de la surface
Tableau 1 Résultats de l'inspection du trou intérieur de la bague extérieure du roulement à rouleaux cylindriques (n° 1 ~ 5) (unité : μｍ) photo
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Figure 7 : État après un virage serré
Il ressort des données du tableau 1 qu'après que la bague extérieure du roulement à rouleaux cylindriques est serrée par le mandrin magnétique électro-permanent et que le trou intérieur est tourné durement, la rondeur du trou intérieur, la coaxialité entre l'intérieur trou et le cercle extérieur, la perpendiculaire entre le trou intérieur et la face d'extrémité et la rugosité de la surface du trou intérieur. Le degré peut tous répondre aux exigences du dessin, et la cylindricité du trou intérieur répond en grande partie aux exigences, mais elle est également proche de la tolérance limite requise par le dessin. Une légère accumulation d’autres erreurs dépassera la tolérance et rendra la pièce non qualifiée. La raison en est que la différence entre les cercles supérieur et inférieur du trou intérieur est grande, provoquant un phénomène de conicité vers l'avant dans le trou intérieur.
Pour ce phénomène de cône positif, comme le montre la figure 4, la raison de l'analyse est que sous le serrage axial du mandrin magnétique électro-permanent, lorsque la hauteur du pas d'arc auto-tournant peut entrer en contact avec le cercle extérieur de la bague de roulement, le le tour vertical commence par le haut. Pendant le processus de tournage dur du trou intérieur de la bague extérieure du roulement à paroi mince, la rigidité insuffisante de la bague extérieure du roulement provoque une déformation radiale de l'outil pendant le processus de coupe. La partie circulaire supérieure du trou intérieur de la bague extérieure du roulement subit une déformation élastique en raison de la force de coupe, et la quantité de coupe devient plus petite, ce qui entraîne une profondeur de coupe réelle incompatible avec la profondeur de coupe nominale. La déformation de la partie circulaire inférieure du trou intérieur est faible en raison de la surface inférieure du bloc magnétique, de la force d'aspiration des marches latérales et de la pression des marches latérales. La quantité de coupe est supérieure à celle de la partie circulaire supérieure du trou intérieur. La bague extérieure du roulement présente un phénomène de conicité positive dans le trou intérieur.
Théoriquement, ce phénomène de conicité peut être réduit ou éliminé par deux méthodes. La première consiste à modifier la profondeur de coupe pour réduire la force de coupe radiale, par exemple en réduisant la profondeur de coupe lors de la finition du trou intérieur de la bague extérieure d'un roulement à paroi mince ; la seconde consiste à modifier le chemin de coupe, par exemple lors de la finition du trou intérieur de la bague extérieure d'un roulement à paroi mince, en fonction de la taille du cône positif, utilisez un certain cône inverse pour couper le trou intérieur, de sorte que la quantité de coupe du cercle inférieur du trou intérieur Inférieur ou égal à la quantité de coupe du cercle supérieur du trou intérieur, réduisant ou éliminant le phénomène de conicité vers l'avant du trou intérieur.
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Vérification expérimentale
5.1 Vérifier l'effet de la modification de la profondeur de coupe sur le phénomène de cône avant
Le plan de processus se compose de trois outils pour tourner dur le trou intérieur de la bague extérieure du roulement à rouleaux cylindriques. Les paramètres de coupe sont : vitesse de rotation 250r/min, vitesse d'avance 0,1 mm/r, profondeur de coupe unilatérale du premier outil 0.08 mm , et la profondeur de coupe d'un côté du deuxième outil est de 0,05 mm, la profondeur de coupe du troisième couteau d'un côté est de 0,02 mm. La méthode de serrage reste inchangée et les pièces tournées dur n°6 à 10 sont testées par inspection de coordonnées tridimensionnelles et rugosité de surface après tournage. Les résultats des tests sont présentés dans le tableau 2.
Tableau 2 Résultats de l'inspection du trou intérieur de la bague extérieure du roulement à rouleaux cylindriques (n° 6 à n° 10) (unité : μｍ) images
Il ressort des données du tableau 2 qu'en modifiant la profondeur de coupe, la quantité de coupe de finition est passée de 0.07 mm à 0,02 mm d'un côté. Après avoir tourné dur le trou intérieur de la bague extérieure du roulement à rouleaux cylindriques, toutes les tolérances géométriques et la rugosité de surface ont été testées pour répondre aux dessins. Exiger.
5.2 Vérifier l'effet du changement de trajectoire de coupe sur le phénomène de cône avant
Le plan de processus se compose de deux outils pour tourner dur le trou intérieur de la bague extérieure du roulement à rouleaux cylindriques. Les paramètres de coupe sont : vitesse de rotation 250r/min, vitesse d'avance 0,1 mm/r, profondeur de coupe unilatérale du premier outil 00,08 mm et une seule face profondeur de coupe du deuxième outil 0,07 mm. Selon les données du tableau 1, la différence moyenne entre les cercles supérieur et inférieur du trou intérieur du roulement et la largeur du roulement, le rapport de conicité est de 1 : 2,6493. Lors du tournage du deuxième outil, la profondeur de coupe reste inchangée, une compensation de conicité est effectuée et la trajectoire de coupe est la trajectoire correspondant au rapport de conicité inversé. La méthode de serrage reste inchangée et les pièces tournées dur n°11 à 15 sont testées. Après le tournage, les pièces sont testées par inspection de coordonnées tridimensionnelles et rugosité de surface. Les résultats des tests sont présentés dans le tableau 3.
Tableau 3 Résultats de l'inspection du trou intérieur de la bague extérieure du roulement à rouleaux cylindriques (n° 11-15) (unité : μｍ) images
Il ressort des données du tableau 3 qu'en modifiant la trajectoire de coupe, le rapport de conicité est obtenu sur la base du phénomène de conicité avant connu. La profondeur de coupe reste inchangée pendant la coupe et la trajectoire de coupe est la trajectoire de rapport de conicité inversé correspondante. Après avoir tourné fortement le trou intérieur de la bague extérieure du roulement à rouleaux cylindriques, vérifiez que toutes les tolérances géométriques et la rugosité de surface répondent aux exigences du dessin.
06
Conclusion
Visant le problème selon lequel les mandrins autocentrants ou multi-mors provoquent une déformation de la bague extérieure des roulements à paroi mince lors du serrage de roulements à paroi mince tournés dur, cet article propose l'utilisation de mandrins magnétiques électro-permanents pour serrer la bague extérieure. roulements à paroi mince tournés dur, et prouve que le mandrin magnétique électro-permanent est utilisé pour serrer la bague extérieure des roulements à paroi mince tournés dur. La faisabilité d'utiliser un mandrin magnétique pour serrer la bague extérieure des roulements minces tournés dur -appuis à parois.
Pour le problème du phénomène de conicité dans la bague extérieure des roulements à paroi mince à tournage dur, deux méthodes d'optimisation sont proposées. L’une consiste à modifier la profondeur de coupe et l’autre à modifier la trajectoire de coupe. Grâce à une vérification expérimentale, il s’avère qu’il est préférable de modifier la profondeur de coupe plutôt que de modifier la trajectoire de coupe. .
