鋼制保持架兜孔加工用拉刀的改進設計

賈峰一，郭曉玉，胡俊卿，常永紅，徐長鑫

(洛陽LYC軸承有限公司，a.031軸承廠；b.技術中心，河南 洛陽 471039)

1 產品特點

圓柱滾子軸承實體保持架多采用40CrNiMoA材料，新型40CrNiMoA軸承實體保持架具有材質輕、強度高，韌性和淬透性好，抗過熱穩定性強，耐磨性能優越等特點，經過調質處理能獲得良好的綜合力學性能，但相比以往的銅合金材料其機械加工工藝性能較差。此類型保持架形狀復雜，保持架兜孔為正方形拉孔成形，其代表結構如圖1所示。保持架對兜孔底高厚度變動量VS1；保持架兜孔側壁至基準端面的厚度變動量VSs；保持架兜孔間梁寬變動量Vbcs等都有較高的精度要求。為保證加工表面的粗糙度要求，產品需鍍銀，保持架兜孔拉孔后表面粗糙度Ra為1.0～1.6 μm。另外，為保證產品運行中的動態平衡，要控制保持架外徑及外臺對保持架內徑的厚度變動量。

圖1 保持架結構

由于保持架結構特點和精度要求，對兜孔的尺寸、位置精度和兜孔表面加工質量要求較高。以前對保持架兜孔進行多次拉削的加工，始終無法解決切屑粘刀、拉刀掉塊、刀具使用壽命短及兜孔表面撕裂等問題。因此，對拉刀的材料選擇、結構設計進行優化改進。

2 拉刀材料選擇

改進前保持架兜孔加工用拉刀參照拉削銅質保持架的拉刀設計經驗，刀具材料采用W18Cr4V，但此種材料拉刀在加工過程中非常容易磨損，一般加工兩三套產品(一個型號16～20個兜孔)，刀具就會出現磨損，在兜孔表面出現積屑瘤樣的鱗狀斑，有一定凸度，嚴重影響兜孔表面粗糙度，加工后經檢測兜孔表面粗糙度Ra僅為4.0 μm，且VS1，VSs和Vbcs等也達不到產品規定的要求。

經過對比分析，拉刀材料選用W2Mo9Cr4VCo8(簡稱M42)，此種材料為鎢鉬系高碳含鈷超硬型高速鋼，具有較高的熱穩定性、高紅硬性、易磨削等特點，加工超高強度鋼等難加工材料時表現出良好的切削性能，但韌性稍差。用此材料制造的精密拉刀克服了原W18Cr4V刀具出現的磨損等問題，保證了兜孔表面加工的精度要求。M42與W18Cr4V金屬元素含量對比如表1所示。

表1 M42與W18Cr4V成分對比 %

3 拉刀的設計

改進前拉刀結構如圖2所示。為了降低兜孔表面粗糙度、提高兜孔加工精度，對拉刀進行重新設計。將拉刀由一把改為兩把甚至多把，降低每個刀齒的切削量，改善拉削條件；拉刀長度縮短，更好地保證了刀體的直線性，保證了拉刀在刃磨和拉削過程中有足夠的抗拉強度和剛性，延長了拉刀的使用壽命。改進后拉刀結構如圖3所示。

圖2 改進前拉刀結構

圖3 改進后拉刀結構

在拉刀的結構參數上，針對加工材料的不同選用了不同的切削齒(粗拉齒、精拉齒和校正齒)參數。其中，粗拉齒進行粗拉加工，其齒形由圓齒過渡到方齒，切削開始為圓周方向，切削力較大，最大限度地減少齒升量以降低切削力，其齒升量為0.01～0.02 mm，齒距為3.5～4 mm，保證足夠的容屑空間；在切削刃圓齒部每齒開3個斷屑槽，間隔120°，前、后齒相互交錯；隨著切齒逐步過渡到方齒時，切削量相對較小，所受的切削力逐漸降低，其齒升量慢慢增加到0.03～0.04 mm。當接近成形孔階段時，拉削為對齒拉削，即精拉削階段，此時精拉齒每齒的齒升量為0.02 mm。校正齒主要用于提高拉孔過程中被加工孔的幾何精度和表面粗糙度，每齒之間沒有切削量，起光整作用，齒數設計為20個齒左右；校正齒的尺寸比最后的切削刃部尺寸適當加大，即將擠壓加工作為最后的精加工，利用金屬的塑性，使兜孔表面在拉力和壓力的共同作用下發生形變，以提高兜孔表面粗糙度、表面硬度和精度。

刀具改進前、后保持架兜孔檢測項目數據對比如表2所示。

表2 兩種刀具所加工保持架的參數對比

另外，保持架兜孔精度與拉削前內、外表面的加工質量、鉆孔的加工精度密切相關，若鉆孔后的尺寸精度、兜孔相互差超差，則拉孔后VS1，VSs，Vbcs等值都會受到相應的影響。因此，在鉆孔前增加磨雙端面、磨外徑等工序，在鉆孔后增加了鏜孔工序，以更好地保證兜孔的尺寸和位置精度。

通過對拉刀材料及設計上的改進，解決了40CrNiMoA鋼制保持架機械加工中存在的問題，使兜孔表面粗糙度及加工精度得到明顯提高，達到了產品精度要求。