實體雙半保持架軸承電鉚合工藝改進

蔣瑞秋，吳玫，孫奇，紀春華

(中航工業哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150036)

1 雙半保持架裝配難點

航空電動機傳動和發動機附件傳動系統用球軸承多采用雙半實體保持架，保持架材料多為銅合金、鋁合金等。軸承裝配時，將雙半保持架從套圈兩側裝入，然后穿入鉚釘鉚合。保持架強度較高、抗振能力強，能夠適應航空電動機及附件軸承的高轉速、大振動和高溫工況。

保持架裝配難點在于如何保證鉚合后釘頭與保持架端面的貼合程度，如何提高鉚合強度和保證兩端鉚釘頭鉚合強度的一致性。如果不能保證這關鍵的兩點，就可能導致軸承在高轉速、高頻振動環境下工作時因鉚合強度不足直接導致保持架斷裂、軸承早期失效。目前國內均采用一面鉚釘頭冷鐓另一面熱熔的方法，冷鐓頭強度低，鉚合貼合度差，軸承使用中時常出現鉚釘頭斷裂、鉚釘桿拉長導致保持架解體、碎裂等問題。

2 單面電鉚合裝配工藝

2.1 工藝方法

采用鉚釘絲通過鉚釘機冷鐓的方法制作一頭鉚釘，再將鉚釘插入雙半保持架鉚釘孔，另一端采用電鉚合，完成軸承的裝配。

2.2 存在的問題

冷鐓鉚釘是通過雙半環模的方式成形，容易出現分模時在鉚釘桿根部存在不規則的筋、胎具磨損后產生鉚釘根部堆積、使用新胎具鉚釘桿根部出現銳角，產生應力集中等問題，致使鉚合后鉚釘頭冷鐓面與保持架離縫、鉚釘根部出現堆積現象(圖1)。另外，冷鐓鉚釘鉚合時，保持架鉚釘孔倒角大小的不一致、端面鉚釘孔窩不平整等也會影響保持架的鉚合質量。

圖1 單面電鉚合后示意圖Fig.1 Diagram of single-side electrical riveting

3 雙面電鉚工藝

3.1 鉚釘桿設計

根據保持架鉚釘孔深度、鉚合后鉚釘頭形狀和尺寸要求，應用等體積法計算鉚合前鉚釘桿露出保持架端面長度，確定兩面電鉚鉚釘桿的長度L。由鉚釘桿設計原理(圖2)可知

L=2L1+L2，

式中：L1為鉚釘桿露出保持架端面長度；L2為待鉚合保持架釘孔的深度。

利用三維軟件計算鉚合后釘頭的體積V，再利用等體積法得到

L1=V/[π(D/2)2]。

圖2 鉚釘桿設計原理示意圖Fig.2 Design principle diagram of rivet pole

3.2 裝釘胎具設計

根據待鉚合軸承結構尺寸及鉚釘桿長度設計的裝鉚釘胎具如圖3所示，凹槽深度h1要保證鉚釘桿插入保持架鉚釘孔后露出保持架兩端面的長度與L1相同，保證鉚釘桿兩面電鉚合后，兩面鉚釘帽尺寸、形狀的一致性。

圖3 裝釘胎具示意圖Fig.3 Diagram of binding mould

3.3 鉚合胎具設計

3.3.1 鉚合上胎設計

鉚釘桿的直徑為d，按鉚釘頭形狀和尺寸要求將鉚合上胎的上窩設計為球面，球面的半徑為SR1(圖4)，且保證SR1=kd，k為比例系數，當鉚釘桿直徑為0.8 mm

圖4 鉚合上胎示意圖Fig.4 Diagram of upper riveting mould

3.3.2 第1面鉚合下胎設計

將第1面鉚合下胎的底窩設計成環形凹槽，凹槽底面為平面，保證鉚釘桿端面與凹槽底面充分接觸，接觸面積為π(d/2)2。第1面鉚合下胎的底窩凹槽深度保證鉚釘桿插入保持架鉚釘孔后露出保持架端面的長度與L1相等。第1面鉚合下胎與裝釘胎通用。

3.3.3 第2面鉚合下胎設計

根據第1面電鉚合形成的鉚釘帽形狀，保證第2面鉚合下胎的底窩完全與第1面電鉚合形成的鉚釘帽契合的原理，設計第2面鉚合底窩。為避免鉚合過程中產生電擊，胎具與軸承接觸面采用了膠木材料的絕緣環，如圖5所示。

1—絕緣環；2—絕緣套；3—下窩；4—底座圖5 第2面鉚合下胎示意圖Fig.5 Diagram of bottom riveting mould

3.4 電鉚工藝過程

1)裝鉚釘。將待鉚合軸承放在裝釘座上，鉚釘桿依次裝入待鉚合軸承的保持架鉚釘孔內，用木槌依次敲擊鉚釘桿，使鉚釘與裝鉚釘胎凹槽面充分接觸；

2)第1端面電鉚合。將裝好鉚釘桿的軸承放在第1面鉚合下胎胎具上，然后用鉚合上胎胎具將鉚釘桿壓實，采用電鉚合方式進行鉚合，完成第1端面電鉚合；

3)第2端面鉚釘電鉚合。將第1面鉚合后軸承形成釘帽的一端放在第2面鉚合下胎胎具上，然后用鉚合上胎胎具將鉚釘桿壓實，采用電鉚合方式進行鉚合，完成第2端面電鉚合。

3.5 效果

電鉚操作過程簡便易行，質量穩定可控，鉚釘頭為熱熔變形，鉚釘頭內部組織均勻、無冷作硬化產生的應力集中，提高了鉚釘抗斷裂能力，鉚釘頭與保持架端面貼合緊密無間隙(圖6)，提高了軸承的鉚合質量。

采用該工藝方法裝配的某型軸承通過了軸承試驗機1 250 h(軸承壽命要求為1 000 h)耐久性試驗，用戶裝機經1 000 h耐久性考核后拆解檢查無異常，目前該軸承已在主機上得到了應用。

圖6 兩面電鉚合后貼合度示意圖

4 結束語

雙半實體保持架兩面電鉚工藝通過應用合理的胎具，操作簡單，通用性好，容易推廣，鉚合質量穩定可控，有效提高了保持架整體強度。但該鉚合工藝方法增加了工作量，合套效率有所降低，需進一步研究采用自動電鉚合設備。