滾動軸承靜音浪形保持架成型凸模加工工藝

■ 洛陽軸承研究所有限公司 （河南 471039） 楊立光

目前，人們對電器的靜音性能要求越來越高，在家電的使用過程中，軸承的振動和噪聲極大地影響著家電的靜音性能。滾動軸承一般由內圈、外圈、滾子和保持架四部分組成，而保持架是引起軸承振動和噪聲的主要原因。

國內外對保持架的研究主要是以降低軸承噪聲為目的，以量大面廣的浪形保持架為研究對象，國外著名的軸承公司對保持架的制造工藝和設計參數一直在做不斷的優化和改進，已經研制出各種結構的靜音保持架，但我國對特殊保持架設計制造技術較為落后，對于有特殊要求的保持架的設計應用還停留在研究階段。由于人們對設備及電器的降噪要求越來越高，因此，對保持架的設計要求也越來越高。保持架作為我國靜音軸承研究的一個薄弱環節，制約著我國軸承降噪技術的發展。

1. 靜音保持架結構

本文所述靜音浪形保持架結構已設計成型，但由于其結構的特殊性，使用沖壓成型的凸模不易加工，因此，本文主要對此種保持架的加工工藝進行研究。靜音浪形保持架結構如圖1所示，由球兜6和平面1依次相聯構成。球兜6中間是球帶2，兩側是直線帶3，球帶2和直線帶3相切，球兜6和平面1之間分別由過渡倒角構成保持架的聯接。平面上設有鉚孔5，利用鉚釘將上、下兩個靜音保持架及兜孔內的滾動體聯接在一起。

圖1 靜音浪形保持架

與傳統保持架結構相比，靜音保持架的結構使得滾動體在球兜內只與兩側直線帶接觸，減小滾動體與保持架的接觸面積，可顯著降低滾動體和保持架之間的摩擦。在球帶處可以存儲潤滑油，使滾動體在運動過程中獲得充足的潤滑。這種結構可以顯著地降低保持架與滾動體的碰撞噪聲和摩擦噪聲。

2. 成型凸模加工難點

本文提出的靜音浪形保持架的加工工藝與傳統浪形保持架加工工藝相同，采用沖壓成型的工藝。然而，由于靜音保持架兜孔是兩圓弧相聯的結構特點，其加工難點在于成型模具的凸模加工制造。凸模結構如圖2所示，由頭部、柄部和整體弧度三部分構成，因其頭部是由球帶曲面和兩段直線曲面帶擬合而成，加工難度較大。球帶與直線帶的交界曲線是一條空間曲線，加之頭部側面結構兩側是兩個同心圓弧面，此結構對沖頭的成型制造帶來了較大的挑戰。凸模→沖頭拋光修整。

圖2 成型模凸模

（1）數控銑床加工紫銅電極。凸模沖頭是組合曲面零件，需要三維繪圖軟件進行自動編程。本文使用Pro/E創建凸模沖頭制造模型，進行數控模擬加工，利用后處理器生成NC代碼，如圖3所示。將NC程序導入到數控銑床加工中心，選用合適的銑削參數和刀具加工紫銅電極。

另外，成型模具在保持架預成型后一次沖壓成型，需要一定量的沖頭。考慮到軸承保持架的沖壓成型批量要求，對凸模沖頭材質的強度、硬度提出了更高的要求，根據設計要求選用硬質合金材料，但硬質合金工件依靠一般的機械加工很難實現。

針對以上問題，為了解決此種靜音保持架的沖壓要求，對凸模進行加工工藝分析，提出合理方案，經濟高效地解決這一難題。

3. 成型凸模加工工藝分析

由于沖頭結構的復雜性，用一般的機械加工設備不易實現。鑒于硬質合金材料的高硬度特性，在考慮生產成本的前提下，使用中間過渡件配合粉末冶金實現此種沖頭的批量生產。結合我部門車間現有鉆銑加工中心和電火花成型機，本文所提出的加工思路可以實現對此種靜音保持架沖頭的加工。加工工藝路線如下：加工紫銅電極→電火花機加工沖頭→粉末冶金加工硬質合金

圖3 數控仿真加工軌跡

（2）電火花加工硬質合金沖頭凹模。使用ATC（自動電極交換裝置）的數控電火花機床的操作過程：機床在開機后，先回到機械原點；然后裝夾工件，將基準球固定在工作臺X、Y行程范圍內任意位置；把要加工的電極裝入ATC電極庫，將基準電極插入主軸夾頭；通過手動控制完成基準電極中心對工件零點的定位；接著完成基準電極對基準球的中心定位，將基準電極的中心偏移量記憶。使用自動編程軟件制作程序，首先輸入使用的電極號、加工深度，執行檢索加工條件；再制作測量加工電極中心偏移量的程序與加工程序組合，保存制作好的程序；最后調出程序執行即可開始加工，通過粗加工、半精加工和精加工三次電火花加工，將凹模沖頭加工到所需尺寸。

（3）凹模加工沖頭。硬質合金是一種主要由硬質相和粘結相組成的粉末冶金產品。硬質相很硬，主要是各種碳化物。其主要碳化物有：碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）和碳化鈮（NbC）。在大部分情況下，鈷作為粘結相使用。在硬質合金工廠，硬質合金需經過混合、壓制和燒結。將硬質合金粉末以適當比例混合完成，裝入到凹模進行壓制，然后燒結出沖頭工件。

（4）沖頭的拋光修整。對燒結出的凸模沖頭進行拋光處理，按加工工藝圖樣的尺寸要求檢查沖頭，進行適當的修整。

4. 結語

針對高硬度異型結構的零部件，采用常規機加工無法實現的加工方法，通過電加工制作所需凹模，之后在凹模內采用燒結成型的方法加工出批量零部件，保證了零部件尺寸的一致性和經濟可行性。

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