調(diào)心滾子軸承實(shí)體保持架兜孔整體單拉孔加工工藝

張玉玲，王超，郭曉玉，崔靜偉,師歌

(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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471039；3.洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039)

調(diào)心滾子軸承徑向承載能力高，調(diào)心性能良好，能補(bǔ)償同軸度誤差，特別適合重載或沖擊載荷下的復(fù)雜工況，因而得到廣泛應(yīng)用[1-2]。

調(diào)心滾子軸承保持架主要分為2類:一類是采用黃銅、青銅及鋁合金等材料的車制實(shí)體保持架[3]，結(jié)構(gòu)多為軸向孔結(jié)構(gòu),該類保持架質(zhì)量大，自潤滑性能較差，塑性能力差，生產(chǎn)效率低;另一類為低碳鋼的沖壓保持架，多采用沖壓窗形結(jié)構(gòu)，雖拉伸強(qiáng)度高于實(shí)體保持架，但受限于沖壓工藝，大尺寸保持架的加工精度難以保證[3]。

隨著國防工業(yè)的發(fā)展，高速、高強(qiáng)度、高精度軸承的出現(xiàn)對保持架材料及結(jié)構(gòu)的選用有著較高的要求。現(xiàn)保持架多采用40CrNiMoA材料，該材料強(qiáng)度較高，耐磨性好，但機(jī)加工性能差[4]。某新型調(diào)心滾子軸承實(shí)體保持架結(jié)構(gòu)特殊，通過對拉刀和工裝夾具的設(shè)計(jì)，完成一種新型調(diào)心滾子軸承實(shí)體保持架的創(chuàng)新加工工藝。

1 保持架結(jié)構(gòu)及加工難點(diǎn)分析

某新型調(diào)心滾子軸承保持架的示意圖如圖1所示。保持架外形呈碗狀，結(jié)構(gòu)為整體兜孔，兜孔輪廓橫截面為鼓形，兩側(cè)面為圓弧面。由于材料強(qiáng)度較高，壁厚為6 mm，且產(chǎn)品精度要求較高，達(dá)到P4精度，不宜采用沖壓方式加工,也無法從軸向方向進(jìn)行銑削加工，而采用徑向銑削加工兜孔時會在兜孔四角形成圓角，無法滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

圖1 新型調(diào)心滾子軸承保持架示意圖

采用線切割、電火花等電加工時，兜孔表面會形成40～60 μm燒傷變質(zhì)層，表面易產(chǎn)生微裂紋，造成保持架強(qiáng)度降低，軸承有潛在的早期失效風(fēng)險。

2 加工方法的確定

針對加工難點(diǎn)，確定采用拉削加工，由于保持架兜孔中心線與保持架端面呈一定傾斜角度，傳統(tǒng)拉削方式無法加工，需采用兜孔整體單孔斜拉削加工工藝，拉刀和拉削工裝夾具的設(shè)計(jì)是加工難點(diǎn)。

2.1 拉刀設(shè)計(jì)

拉刀材料選用W2Mo9Cr4VCo8，其為鎢鉬系高碳含鈷超硬型高速鋼，具有較高的熱穩(wěn)定性、高紅硬性、易磨削等特點(diǎn)，在加工超高強(qiáng)度鋼等難加工材料時表現(xiàn)出良好的切削性能[5]。

拉削是多齒加工，拉刀后一刀齒比前一刀齒高，其齒形與工件的加工表面吻合，進(jìn)給量靠后一刀齒的齒升量來實(shí)現(xiàn)。拉刀設(shè)計(jì)時，在一定拉削余量下，齒升量大時所需刀齒數(shù)目較少，拉刀長度較短，拉刀剛度較高，但齒升量大，拉削力也大，兜孔表面粗糙度相對較差;齒升量小,則所需刀齒數(shù)目較多，拉刀長度較長，拉刀剛度差，加工過程中易發(fā)生顫刀現(xiàn)象，影響加工表面粗糙度和幾何精度。

綜合考慮決定拉刀設(shè)計(jì)為2把，第1把拉刀(圖2)齒形由圓形過渡至鼓形，主要作用是進(jìn)行粗拉加工，切削開始為圓周方向，單齒齒升量為0.02 mm，齒距為3.5～5.0 mm，以保證足夠容屑空間，拉刀圓形齒前角設(shè)計(jì)為10°，以增加切削刃強(qiáng)度，每齒開3個斷屑槽，間隔為120°，前后齒相互交錯。隨著切削齒形狀過渡為鼓形,切削量相對較小，齒升量設(shè)計(jì)為0.04 mm，前角設(shè)計(jì)較之前大，以提高切削齒的鋒利度，完成粗拉加工及后續(xù)定位加工。

圖2 第1把拉刀

第2把拉刀(圖3)設(shè)計(jì)為精拉齒和校正齒，精拉齒單齒齒升量0.03 mm，前、后齒相互交錯，隨著切齒逐步過渡到成形孔，齒升量逐步減少。

圖3 第2把拉刀

校正齒主要起光整作用，目的是提高拉孔過程中被加工孔的幾何精度及表面粗糙度，齒與齒之間無切削量，齒數(shù)設(shè)計(jì)為20個。

2.2 工裝夾具設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)保持架拉削工裝為支承盤壓盤結(jié)構(gòu)，支承盤下端與機(jī)床導(dǎo)軌連接，上部與工件內(nèi)徑配合，壓盤置于工件上，下端與工件內(nèi)徑配合，通過工裝夾具上方機(jī)床上龍門架延伸出的固定螺栓緊固，傳統(tǒng)拉削夾具示意圖如圖4所示。

1—壓盤；2—工件；3—拉刀4—支承盤

由于保持架外形為碗狀，兜孔與傳統(tǒng)保持架直兜孔不同，有一定傾斜角度，無法采用傳統(tǒng)拉削夾具，因此需要重新設(shè)計(jì)拉削工裝夾具。

新設(shè)計(jì)的工裝夾具(圖5)由過渡轉(zhuǎn)盤、支承盤、壓盤、壓桿等構(gòu)成。

1—機(jī)床導(dǎo)軌；2—過渡轉(zhuǎn)盤；3—支承盤；4—工件；5—壓盤；6—龍門架；7—壓桿；8—空刀槽；9—拉刀；10—定位軸

過渡轉(zhuǎn)盤通過定位軸用螺釘與機(jī)床導(dǎo)軌固定連接，其工作面與導(dǎo)軌面成α角(和工件兜孔中心線與端面的夾角一致)，其上的定位軸與機(jī)床導(dǎo)軌面具有α角。支承盤通過定位軸定心，并采用螺栓與過渡轉(zhuǎn)盤固定，支承盤的工件支承面與導(dǎo)軌面的夾角同樣是α；支承盤內(nèi)的貫穿槽與工件支承面成α角，其空刀槽寬度比兜孔尺寸略大，作用是拉刀在拉削過程中從中穿過，而不與支承盤干涉。空刀槽通過夾具定位后與機(jī)床導(dǎo)軌保持水平，從而保證拉刀在水平方向上運(yùn)動。在拉刀入口處有一與保持架內(nèi)徑形狀相似的鼓形臺階，是為了防止拉削過程中工件的變形。

當(dāng)拉刀前引導(dǎo)部分穿過待加工工件的兜孔后，拉刀由右向左運(yùn)動，使拉刀可以進(jìn)行1個孔的拉削。利用兜孔與端面的夾角使拉刀拉削孔后從工件另一端面下方引出，使得拉刀逐齒切削工件，完成工件的拉削過程。

4 結(jié)束語

通過設(shè)計(jì)新型拉刀及工裝夾具，采用保持架兜孔單孔斜拉削的加工，在調(diào)心滾子軸承保持架兜孔加工方面實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新。實(shí)際加工產(chǎn)品兜孔精度達(dá)到產(chǎn)品要求，并順利交付用戶。