鋼制實體保持架兜孔加工工藝改進

李江斌，劉兢

(1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術重點實驗室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產業技術創新戰略聯盟，河南 洛陽 471039)

隨著國內核工業、航天、深海事業的發展，具有耐高溫、耐腐蝕性能的不銹鋼、耐熱鋼材料越來越多的應用在軸承保持架生產中，其中，常用材料有1Cr18Ni9(Ti)，14Cr17Ni2，40CrNiMoA等，其相對于工程塑料和銅材，具有更高的硬度、韌性及耐熱性。但是該類材料保持架兜孔加工時，傳統的加工工藝不能滿足其表面粗糙度要求，且加工效率低。由于兜孔與滾動體直接接觸，兜孔表面粗糙度直接影響軸承的旋轉精度和摩擦發熱，因此，高質量、高效率的加工該類鋼制保持架兜孔成為面臨的主要問題。

1 保持架結構特點

圖1 某型保持架結構簡圖Fig.1 Structure diagram of a type of cage

2 保持架兜孔原加工工藝及存在問題

2.1 原工藝方法

保持架兜孔原加工步驟為：1)使用專用模具將保持架半成品裝夾在立式加工中心XH714D的工作分度盤上；2)使用7.9 mm硬質合金鉆頭在保持架上粗鉆通孔；3)使用8.2 mm定尺寸銑刀精加工通孔；4)取出保持架，手工去除兜孔毛刺。

2.2 存在問題

由于保持架材料40CrNiMoA硬度較高，且具有較大黏性，兜孔采用粗、精2遍加工，旨在提高銑刀的壽命，改善兜孔表面質量。但實際生產中，每批次總會出現表面粗糙度超差甚至劃傷的工件。如圖2所示，圖2a中可以看到已加工表面左側的被擠屑擦傷現象，導致兜孔的表面粗糙度超差；圖2b兜孔中可見一個明顯的劃傷帶，工件直接報廢。

圖2 保持架兜孔加工缺陷圖Fig.2 Defectogram of cage pocket surface

加工工藝的不穩定性極其影響產品的質量和加工效率，尤其是某些兜孔數量較多的保持架情況更嚴重，一個兜孔質量出現問題可導致整個保持架的報廢，浪費材料和人力物力。

2.3 問題分析

根據切削加工原理，銑削兜孔時，銑刀的圓周刃帶即為刀具的副切削刃，其在基面上的投影與進給運動反方向間的夾角為副偏角K′r，如圖3所示。精加工時，宜取較小的副偏角[1]。銑刀的刃帶具有光整被加工表面、定尺寸的作用，所以銑刀的副偏角K′r應趨近于0，以保證尺寸精度，同時保證銑刀刃磨后尺寸的穩定性。

圖3 切削原理圖Fig.3 Principle diagram of cutting

當銑刀加工40CrNiMoA材料兜孔時，一旦有微小切屑不能順利通過銑刀前刀面排出，將極有可能隨著銑刀的進給通過極小的副偏角擠入刃帶即出現擠屑現象。隨著銑刀的主運動，擠屑摩擦被加工表面，必然降低加工表面質量，甚至出現劃傷。

3 工藝改進

通過上述分析可知，若想使刃帶上形不成擠屑而改善劃傷問題，則需要將銑刀的刃帶外徑尺寸減小，以增大副偏角。但這樣將導致銑刀刃帶不再具有光整及定尺寸的功能，價格昂貴的定尺寸銑刀將無法刃磨再次使用，也就失去了使用價值。因此，在兜孔尺寸不能保證的情況下，單純提高兜孔表面粗糙度沒有實際意義，所以改進銑刀刀具參數的方法不可行。

引入新的工藝方法：改精銑通孔為精鏜通孔。新設計訂制的立式加工中心專用鏜頭結構如圖4所示。

圖4 鏜頭結構示意圖Fig.4 Structure diagram of boring head

該鏜頭下裝夾標準型鏜刀桿，并根據工件材料及加工精度要求選配適當的刀片。專用鏜刀頭可通過微調螺母進行偏心量調節，可配不同尺寸段的鏜刀，滿足實際加工尺寸需要。鏜刀在進行切削時有較大的副偏角，可避免銑削時產生的擠屑問題，進而可提高兜孔表面質量。

4 實例分析

為驗證新工藝的可行性及可靠性，對2個批次40CrNiMoA鋼制實體保持架兜孔加工進行對比試驗。工藝要求：10個兜孔均布，兜孔尺寸為φ(8.30+0.1)mm，表面粗糙度Ra≤1.6 μm。

加工機床均使用XH714D立式加工中心，主軸轉速1 500 r/min，進給量0.08～0.1 mm/r。原銑削工藝采用φ8.35 mm定尺寸硬質合金銑刀；改進為鏜削工藝后采用BJ1206-24鏜刀桿(加工范圍6～10 mm)，配以WBGT060104硬質合金刀片(六角形正型刀片)[2]。2種工藝的生產結果對比見表1。

表1 鋼制實體保持架兜孔加工工藝對比Tab.1 Comparative of previous processing and improved processing for cage pocket

由表可知，銑削加工的合格率為78.6%，其中18件兜孔粗糙度超差，6件兜孔有劃傷，2件兜孔尺寸偏小；鏜削加工的合格率為99.9%，僅1件兜孔尺寸偏小。這是由于鏜刀采用標準刀片，刀片壽命更長，無需刃磨且更換方便，加工效率可提高1倍以上；而且鏜刀規避了銑削時副偏角小的弊端，避免了擠屑現象，提高了兜孔表面質量。新工藝加工的兜孔表面如圖5所示。

圖5 鏜削兜孔表面(×5)Fig.5 Cage pocket surface of boring

5 結束語

經工藝實踐探索，對40CrNiMoA鋼制實體保持器兜孔的加工采用新的工藝方法，解決了兜孔表面粗糙度不達標、劃傷的問題。新工藝大幅提高了生產效率及產品合格率，降低了成本；工藝穩定、可靠，具有推廣應用價值。