鋼制實(shí)體保持架兜孔加工工藝改進(jìn)

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(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471039；3.滾動(dòng)軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039)

隨著國內(nèi)核工業(yè)、航天、深海事業(yè)的發(fā)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(yīng)用在軸承保持架生產(chǎn)中，其中，常用材料有1Cr18Ni9(Ti)，14Cr17Ni2，40CrNiMoA等，其相對(duì)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(shí)，傳統(tǒng)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(dòng)體直接接觸，兜孔表面粗糙度直接影響軸承的旋轉(zhuǎn)精度和摩擦發(fā)熱，因此，高質(zhì)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖1 某型保持架結(jié)構(gòu)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(zhì)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(zhì)量。但實(shí)際生產(chǎn)中，每批次總會(huì)出現(xiàn)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(cè)的被擠屑擦傷現(xiàn)象，導(dǎo)致兜孔的表面粗糙度超差；圖2b兜孔中可見一個(gè)明顯的劃傷帶，工件直接報(bào)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(wěn)定性極其影響產(chǎn)品的質(zhì)量和加工效率，尤其是某些兜孔數(shù)量較多的保持架情況更嚴(yán)重，一個(gè)兜孔質(zhì)量出現(xiàn)問題可導(dǎo)致整個(gè)保持架的報(bào)廢，浪費(fèi)材料和人力物力。

2.3 問題分析

根據(jù)切削加工原理，銑削兜孔時(shí)，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(jìn)給運(yùn)動(dòng)反方向間的夾角為副偏角K′r，如圖3所示。精加工時(shí)，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(yīng)趨近于0，以保證尺寸精度，同時(shí)保證銑刀刃磨后尺寸的穩(wěn)定性。

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

當(dāng)銑刀加工40CrNiMoA材料兜孔時(shí)，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(jìn)給通過極小的副偏角擠入刃帶即出現(xiàn)擠屑現(xiàn)象。隨著銑刀的主運(yùn)動(dòng)，擠屑摩擦被加工表面，必然降低加工表面質(zhì)量，甚至出現(xiàn)劃傷。

3 工藝改進(jìn)

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(dǎo)致銑刀刃帶不再具有光整及定尺寸的功能，價(jià)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(jià)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(shí)際意義，所以改進(jìn)銑刀刀具參數(shù)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(shè)計(jì)訂制的立式加工中心專用鏜頭結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 鏜頭結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure diagram of boring head

該鏜頭下裝夾標(biāo)準(zhǔn)型鏜刀桿，并根據(jù)工件材料及加工精度要求選配適當(dāng)?shù)牡镀Ｓ苗M刀頭可通過微調(diào)螺母進(jìn)行偏心量調(diào)節(jié)，可配不同尺寸段的鏜刀，滿足實(shí)際加工尺寸需要。鏜刀在進(jìn)行切削時(shí)有較大的副偏角，可避免銑削時(shí)產(chǎn)生的擠屑問題，進(jìn)而可提高兜孔表面質(zhì)量。

4 實(shí)例分析

為驗(yàn)證新工藝的可行性及可靠性，對(duì)2個(gè)批次40CrNiMoA鋼制實(shí)體保持架兜孔加工進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。工藝要求：10個(gè)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(jī)床均使用XH714D立式加工中心，主軸轉(zhuǎn)速1 500 r/min，進(jìn)給量0.08～0.1 mm/r。原銑削工藝采用φ8.35 mm定尺寸硬質(zhì)合金銑刀；改進(jìn)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(zhì)合金刀片(六角形正型刀片)[2]。2種工藝的生產(chǎn)結(jié)果對(duì)比見表1。

表1 鋼制實(shí)體保持架兜孔加工工藝對(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(guī)避了銑削時(shí)副偏角小的弊端，避免了擠屑現(xiàn)象，提高了兜孔表面質(zhì)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(jié)束語

經(jīng)工藝實(shí)踐探索，對(duì)40CrNiMoA鋼制實(shí)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(dá)標(biāo)、劃傷的問題。新工藝大幅提高了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品合格率，降低了成本；工藝穩(wěn)定、可靠，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。