平底推力球軸承實體保持架加工工藝優化

曹陽，劉穎志，李穎，孫麗杰

(1.中國航發哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150027；2.哈爾濱電力職業技術學院,哈爾濱 150030)

1 保持架結構特點

某系列液壓泵用平底推力球軸承使用的實體保持架結構如圖1所示，保持架材料為QAl10-3-1.5[1]，在保持架的上、下兩平面上加工兜孔，要求：兜孔尺寸為9.1～9.2 mm；鎖口尺寸為7.7～7.8 mm，鎖口角度為40°；鋼球凸出基準面尺寸為6.5～6.6 mm(需控制兜孔深度)；圓周26等分；兜孔表面粗糙度Ra≤1.25 μm。

圖1 保持架結構示意圖Fig.1 Structure diagram of cage

鎖口的作用是將鋼球托住，使其不掉落，但實際使用中發現該結構的保持架很容易產生掉球現象。鎖口尺寸不穩定，加工精度不高是主要原因，導致產品合格率低。

2 原工藝存在的不足

保持架原工藝流程為：車成形→細車第2平面→終車內徑面→鉆孔→初鉸孔→終鉸孔→終車兩平面(第1,2平面)→終車外徑面→車倒角→銑口→去毛刺→光飾→酸洗→終檢→包裝。

此加工工藝將終車兩平面工序安排在鉆、鉸孔工序之后，由于保持架兜孔位置在端面上，并且兜孔是帶鎖口的，尤其是鉸孔時的兜孔深度難控制，深則終車兩平面后出現掉球現象，淺則裝配時無法合套；并且加工保持架兜孔的刀具是由操作者手工磨成形，因此鉸孔時刀具磨損較快，磨刀頻率高，直接影響兜孔的尺寸及兜孔鎖口的尺寸穩定，鎖口形狀難以保證。另外，原加工工藝的保持架兜孔表面質量差，容易產生毛刺，達不到工藝技術要求，產品合格率低，生產效率低。上述任何一種加工問題，都會導致產品不可修復而報廢，嚴重影響生產和效益。

3 改進措施

3.1 工藝優化

優化后的工藝流程為：車成形→終車兩平面→粗磨外徑面→精車內徑面(達到成品尺寸要求)→鉆兜孔→(粗、精)銑兜孔→終車外徑面→車倒角→銑口→去毛刺→光飾→酸洗→終檢→包裝。

工藝優化后的特點：

1)將終車兩平面安排在鉆、銑兜孔工序之前完成，此時的平面尺寸已是成品尺寸，兜孔深度易于掌握，加工成形的兜孔鎖口尺寸即為成品尺寸，可保證裝配時100%的合套率，并避免出現掉球問題。

2)減少了鉆、銑兜孔工序中的加工余量，原工藝軸向加工余量為3.5 mm，改進后軸向加工余量為2.4 mm，大大降低了鉆頭、銑刀的磨損率，提高了刀具的使用壽命。

3)優化后增加精車內徑面工序，在一定程度上提高了內徑的幾何精度和尺寸精度；增加了粗銑兜孔工序，精銑留量為0.15～0.20 mm，精銑后兜孔尺寸及加工精度穩定，尺寸公差小，兜孔表面質量得到有效保證，達到工藝技術要求。

4)采用數控加工中心機床代替原有的鉆床加工兜孔，利用成形銑刀完成兜孔的粗銑和精銑，使保持架兜孔鎖口經過一次裝夾即可完成加工，加工精度和生產效率明顯提高。

3.2 模具設計

設計保持架專用夾具如圖2所示，該模具使保持架內徑面和兩平面同時定位，蓋板壓緊，六角螺栓緊固。通過模具保證了保持架所有兜孔中心圓的軸線與保持架內徑的中心軸線同軸度滿足技術要求。

圖2 加工兜孔模具裝配圖Fig.2 Assembly diagram of mold for machining of pocket

3.3 刀具及加工參數的合理選用

采用高速鋼手工磨削鉸刀加工，很難保證兜孔鎖口的角度要求，且刀刃容易產生磨損，影響刀具使用壽命。改進后保持架兜孔加工采用數控機床，使用帶涂層的硬質合金銑刀完成粗銑和精銑加工，成形銑刀頭部角度為40°，保證了保持架兜孔鎖口的角度；成形銑刀螺旋角為35°，前角為15°，Ⅰ后角為15°，Ⅱ后角為28°，進一步提高兜孔的表面質量；粗銑加工工序中，主軸轉速為1 500 r/min，進給量為70 mm/min；精銑加工工序中，主軸轉速為2 000 r/min，進給量為50 mm/min。

4 加工效果

為驗證工藝改進的可行性及可靠性，對5個批次的保持架進行加工試驗，檢測結果見表1。結果表明：加工過程穩定，質量可控，兜孔尺寸、鎖口尺寸及兜孔各項精度能夠滿足工藝要求。

表1 工藝優化前、后保持架各項精度對比Tab.1 Comparison of precision of cages before and after process optimization

優化后的工藝穩定、可靠，解決了由于平底推力球軸承實體保持架兜孔鎖口尺寸精度不夠導致的掉球問題，保證了產品加工質量，降低了生產成本，提高了產品合格率和生產效率。