轴承套圈超精研技术漫谈

我们可以采用高水平的测量仪器来考评超精研设备的加工缺陷，采用测量超精研前后序的沟形和圆度，来分析超精研的同样项目的结果。也可以采用比较先进的音检仪分析轴承的频谱，断定缺陷的频率范围，判定超精研设备的改善情况。实验结果很令人失望，大多数中低档超精研设备对轴承套圈沟道前序形状和尺寸的破坏都是非常明显的。这种超精研设备和棍棒超精机一样，只能够提高光洁度，除此之外，形状改善的能力很有限。当然，如果前序磨床又是很差的一个工艺现状，那超精质量的结果就会更糟糕。
如果一个工厂只制造普通品质的轴承，比如P0级的轴承，对寿命和噪音要求不是太苛刻，用棍棒超精研是可以的，如果需要自动化程度高一些，也可以选用一些10万左右的超精研设备。假如制造P6级以上比Z3V3组更严格的轴承，选用国内高水平的超精机也是可以的。最低限度的标准是，超精研工序不能够破坏前序的磨削形状和尺寸精度。一台档次很低的超精研设备，先不要提形状的改善，先要保证不破坏前序的形状和尺寸精度。
我相信，发达国家的先进的风电轴承加工设备会逐渐走进中国风电轴承加工市场的。梯伦豪斯公司的工程师们新近研发的硬车和超精研复合车削和超精设备，是专门用于大型风电轴承加工的专用设备，计划明年推向全球市场。这种设备如果在今后的中国风电轴承生产线上应用，势必会优化中国现有的风电轴承生产工艺，同时还会给我国的风电轴承制造企业用户带来福音。购买这样一台复合硬车超精研设备大致和采购同样加工水平的一台硬车一台立磨的成本相当，由于可以在一台机床完成车削和超精工序，减少了重复安装定位误差，去掉了磨加工的热加工过程，而得到的加工表面可以达到很好的粗糙度和形状精度，发电效率最大限度的提高，轴承的长寿命的要求也可以得到保证。
前几天，有个国内很有规模的轴承集团的老板还在问我，“我们用国产超精机加工轴承套圈也能够达到要求，为什么要选用比国内超精机价格贵很多的进口产品呢？”我想，他不仅是在问我，同时他也在问他自己。这位老板还告诉我，他们建成了一个毛坯加工基地，力图在毛坯这方面技术有所突破，毛坯的问题解决了，轴承加工的其它工艺问题也大多会迎刃而解的。
轴承套圈超精研技术漫谈
那我们就从风电轴承开始谈起吧。我国是风电资源丰富的国家，在北部和西部，我们有充沛的风电潜在资源，据有关部门信息披露，我国东海，南海也有大量的风电能量资源，甚至比我国其他地区还要丰富。可能很多人还不知道，我国的风电机组的生产工艺水平还是比较落后的，表现在能源转换的效率低下，在相同资源条件下，我们要比欧美的风电机组少发很多电。相当一些业内人士都不知道，替换能源和有效的替换能源的成本上的差距，五年前开始实施的欧共体的有效的替换能源的项目现在已经付诸实施，由于采用了更先进的风电轴承生产工艺，每年多输出的电能可以供全部瑞典家庭使用一年。
最近在国内各个招标类网站经常会看到一些企业技改招标的信息。这种现象，和国家宏观调控，扩大技改资金的投放不无关系。加快企业的技术改造，积极地应对经济危机，的确是一个利国利民的好事。可是，在大量的引进国外先进技术的同时，我们应该冷静的分析一个事实，就是这些引进的设备的售后服务的问题。假如我们不充分考虑这些问题，我们的引进工作就有可能造成被动，甚至有可能失败。
还有一个问题，我们现在检测轴承的振动和噪音的方法和现在欧美的检测方法是不是一样的？如果不一样，那么，欧美的轴承是怎么样来评价轴承噪声的？有一个结论是肯定的，无论是振动的检测还是噪声的检测，最科学的数据应该是和轴承的工作状态最接近的数据。
最后一个问题，轴承在工作时，因为一般深沟球轴承都是有间隙的，所以理论上的纯滚动状态是不存在的，钢球在套圈里一定不是沿着理想的圆轨迹旋转的，而是会沿着特定的偏离角扰动的。最新的研究成果表明，轴承套圈的超精后的纹路的偏角应该尽可能的接近钢球在套圈里扰动的角度，这个结果出来的轴承的噪音和寿命的数据是最科学的。我们可以推断，只有在0间隙情况下，钢球沿着理想的圆形轨迹旋转时，直丝路的轴承的噪音和寿命的数据才是最好的。
我国在合理的有效的使用清洁能源方面的工作，还没有排上议事日程，这个从我国大上风电设备的热潮之中就可以窥见一斑。落后的风电机组生产工艺决定了落后的对相关零部件的技术要求，风电轴承采用诸如硬车，采用精细加工，采用新的超精研技术，几乎没有动作。大量的低档次的热处理设备，低档的龙门铣床、刨床和车床充斥着我国的风电机组零件加工现场，我国的大型风电轴承基本上没有采用超精研工艺。我们的相当一部分风电设备和风电轴承专家还在认为，风电轴承转速很低，采用大型超精研设备会过多的增加生产成本，在现阶段，那种国外的加工工艺不适合中国国情。
上一篇我们讲到，为了提高轴承的寿命，降低轴承的噪音，轴承套圈沟道表面超精研是必须的。很多轴承产品现在不超精，二次世界大战前的轴承套圈大多也不超精，轴承零件超精研工艺起源于二次世界大战中期，有了军方对机械系统的可靠性、稳定性和安全性的更高的要求，才有了超精技术的进步和发展。
曾几何时，我原来工作过的工厂也生产过那种最原始的棍棒超精机，当时我们的认识非常肤浅，认为有了超精研设备，会使轴承表面的光洁度增加，减少摩擦系数，进而可以提高轴承寿命。经过十多年的研究和学习，我们才认识到，当时设计棍棒超精机的时候，从研发超精研设备伊始，对超精研原理的认识就有局限性。有了这种局限性，就不可能研制出高品质的超精研设备来。几年前，我到过浙江慈溪一个轴承工厂，那个老板就亲口跟我讲，他就是喜欢用棍棒超精机，不单单是因为棍棒超精机价格便宜，而且还是因为他看到的那些自动轴承超精机无论效率还是粗糙度都没有棍棒超精机的效果好，他没有找到买自动轴承超精机的理由。
无论是大型轴承还是小型轴承的生产，对轴承品质的要求都是大同小异的。一个是降低噪音，一个是提高轴承寿命。轴承精度寿命的不稳定会造成大量的维护费用，这种维护和更换大型轴承的费用要比购买这些轴承的费用高几倍。我们是发展中国家，在生产风电轴承方面，很多人还是发展中国家的意识，这种落后的设计思维造成了我国新能源领域的大面积的资源浪费。前一阶段，我一直在沿海地区出差，看到很多风电机组形同虚设，在渤海东海岸，某个地区风电机组开机率还不足50%，这是需要有关部门反省和深思的。发达国家的风电轴承加工工艺，我们还是要静下心来学习的，要从最基层的制造工艺开始学起。
如果，我们的轴承加工企业，要生产出更高水平的产品，在安全性、可靠性和批量加工的工艺能力方面有效地替代进口产品，假如我们立志要走出国门，参与国际市场高品质轴承的竞争，就一定要学习世界上最先进的轴承加工工艺。最先进的轴承加工工艺，就是最稳定的最可靠的最安全的工艺。学习最先进的轴承加工工艺就一定要选用世界上最先进的设备。在进行企业的技术改造方面，采购进口设备至今仍然是不二的选择，因为我国现阶段生产的轴承设备，特别是轴承超精研设备和国外的制造水平差距很大，在批量稳定的加工P5级以上精密轴承的工艺能力方面很弱。如果说，我们可以用中低档次的超精研设备，用传统的轴承生产线，可以加工出替代进口的高精度轴承产品，在现阶段，这只是一个美好的愿望而已。
我们曾经不止一次的讨论过，“轴承套圈为什么要进行超精研？”实际上，在二次世界大战以前，世界上的大多数滚动轴承生产线是没有超精工序的。后来，军队在实战中发现，滚动轴承沟道经过抛光之后，会显著的提高寿命，会满足更安全、更可靠的战术要求。经过五六十年的轴承加工工艺实践，轴承工艺专家们发现，轴承沟道经过超精加工，不仅可以显著的提高轴承产品的寿命，而且还会降低工作噪音，大幅度的提高轴承的承载能力，增加机械系统的运转效率。超精加工首先会降低轴承滚道的粗糙度，会去掉磨削工序热加工形成的变质层，会把磨削工序形成的拉应力变成压应力，会有条件的改善轴承沟道的形状。如果，一套轴承不需要提高寿命，不需要降低噪音，不需要有很高的精度，可以不采用超精研工序，也可以采用棍棒超精研，可以选用价格比较低的超精机，这样成本会更低。
以引进国外的超精机为例，我们需要提醒大家的是，正是因为我们国内的超精研设备水平很低，所以需要引进这些技术，可是国内引进超精研设备不成功的先例还是有的。我曾经在国内一个大型轴承企业看到日本的几台超精研设备闲置在车间，据一个四十岁左右的车间基层人员反映，从他参加工作到现在，这几台设备从新到旧，一直没有正常使用过。我曾经在宁波地区看到一家企业，也引进了这家日本企业的超精机，经过一段时间的试加工，基本上没有达到合同要求，造成了退货的现象。另一家使用过这家日本企业的超精机的老板也在经常和我抱怨，在大多国内轴承企业的传统工艺条件下，进口的超精研设备不一定使用的非常理想。
下一篇，我们会详细分析我国的超精研设备和国外最先进的超精研设备的差距在哪里。请大家继续看《轴承套圈超精研技术漫谈 4》。
超精加工后的沟道表面的纹路什么角度最好？
这是很多低噪音轴承研究人员经常询问的一个问题。经过长期的振动和噪声仪器检测实践，我们现在已经得出了结论，直丝路的沟道获得的数据比较好。我们剖分过很多日本的轴承，在显微镜下看出的也都是直丝路。但是，欧美的轴承却是各种丝路的都有，比较纷杂。德国工程师对我国轴承企业过于强调超精的直丝路很不以为然。有一个理论应该引起我们的重视，沟道表面的丝路夹角偏角和轴承的寿命有关，直丝路肯定不是寿命最高的微观形态。
那么，现在我们可以清楚的告诉这个浙江轴承厂的老板，选用什么档次的超精研设备取决与你制造什么品质的轴承产品，当你生产的品质还能够被市场忍受的时候，的确不需要花那么多钱买高水平的超精机，甚至你根本用不着超精研设备，你还可以用更便宜的材料，不需要热处理，不需要很好的检测设备，也可以制造出轴承来。理由是，轴承产品是由市场需要决定的。
后一种情况是理想状态，我们现在轴承生产检测的测试方法也基于理想状态，而在工业生产过程中，任何理想状态获得的数据只有参考价值。假如没有更先进的符合工作状态数据的检测方法，那我们只有采用具有参考价值的数据来间接地评定轴承零件的超精加工结果。而干扰是客观存在的，很多噪声是需要经过分析一些有规律的干扰和偶然性的干扰来处理的，这就给高水平的超精机超精实验提供了更加符合现场实践的分析依据。
一般来说，欧美企业的超精研设备出现的问题相对少一些，主要还是因为，在售前，欧美企业一般会详细的了解用户的使用工况和工艺条件，对一些不合理的工艺问题会针对性的提出整改意见，以至于避免发生设备和加工工艺不配套的矛盾。