40CrNiMoA外懸梁保持架加工工藝改進

陳帥，王超，馮振，郭曉玉，常永紅

(1.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039;2.航空精密軸承國家重點實驗室，河南 洛陽 471039)

1 外懸梁保持架結構及加工難點

圓柱滾子用外懸梁保持架(圖1)是在環形零件的內徑上車一徑向槽，然后用銑削等加工方法在零件外徑處沿軸向方向加工成相同兜孔數的等分槽，使兩槽相交形成兜孔的一種保持架[1]。

外懸梁保持架多采用黃銅、硬鋁、低碳鋼等材料制造，硬度為80～200 HB。針對特殊需求而研發的某型號外懸梁保持架尺寸為91.8 mm×75.8 mm×37.2 mm，采用40CrNiMoA材料，硬度達到276～323 HB，其特點是強度較高、耐磨性能好，但黏性大，機械加工工藝性差。由于對保持架加工精度要求較高，產品精度要求達到P5，采用常規的錯齒三面刃銑刀(圖2)加工時，由于交錯銑削振動較大，無法滿足高精度40CrNiMoA鋼制外懸梁保持架兜孔的精度要求。

圖1 外懸梁保持架示意圖

圖2 圓盤形錯齒三面刃銑刀示意圖

2 凹R成形銑刀設計

為滿足使用要求，重新設計了一種新的刀具——凹R成形銑刀(圖3)。該刀具采用W18Cr4V鋼一體成形設計加工，強度高、銑削加工時振動小，加工精度更高；刀具表面進行TiN涂層處理，提高刀具的表面硬度、耐磨性、使用壽命和切削速度。刀具的凹R面銑削外懸梁保持架外徑D1圓弧面，厚度B保證外懸梁保持架兜孔寬度。

圖3 凹R成形銑刀示意圖

凹R成形銑刀的幾何參數設計如下：

1)前角γ主要取決于被加工材料的軟硬、韌性和塑性，材料軟時前角取較大值，材料較硬時前角取較小值，一般取為10°～14°，當加工鋁合金、黃銅時γ可取20°。由于40CrNiMoA材料較硬，因此前角設計為10°左右。

2)后角α的大小直接影響刀具強度和切削情況。后角大，切削時摩擦小，刀具鋒利、耐磨，但取值太大，則刀齒強度降低，會加劇刀具磨損。因保持架材料較硬，應減小后角，以增加刀齒強度，后角設計為5°。

3)韌帶寬度對刀具的使用產生較大影響，韌帶寬會增大刀具與工件之間的摩擦，使刀具后角粘削，從而加劇刀具的磨損；韌帶窄，刀具鋒利，但耐用度低。綜合考慮，韌帶寬度設計為0.1 mm。

3 工裝夾具設計

外懸梁保持架壁厚、梁寬值均較小，承載能力相對較小。保持架在加工過程中，尤其是銑外徑槽工序極易發生工件位移變形，造成產品超差，甚至報廢。

保持架銑削加工設備的通用夾具如圖4所示，工件底部與支承盤接觸定位，工件上端采用壓盤固定，然后使用墊片和螺帽固定。由于外懸梁保持架內徑有一徑向槽，通用夾具固定時易造成工件變形等缺陷。為此，優化銑床通用夾具，設計貫穿式芯軸支承內徑面定位(圖5)，再用壓盤壓緊，減小加工時工件的變形量，提高加工精度。

圖4 銑床通用夾具

圖5 外懸梁保持架銑外徑槽夾具

4 數據驗證

配套40CrNiMoA外懸梁保持架工藝技術要求為：梁寬變動量Vbc≤0.1 mm，兜孔表面粗糙度Ra≤1 μm。使用新設計刀具及工裝夾具對該保持架進行加工，與傳統加工方法檢測數據進行對比，結果見表1。

表1 改進前、后保持架檢測數據

由表可知，改進后的40CrNiMoA材料外懸梁保持架梁寬變動量及兜孔表面粗糙度Ra均有所減小，加工精度有了較明顯提升，較好滿足了設計需求。