圓柱滾子軸承實(shí)體保持架加工工藝改進(jìn)

曹陽,孫慧霖,劉偉,辛凱

(中國航發(fā)哈爾濱軸承有限公司,哈爾濱 150027)

隨著我國航空發(fā)動機(jī)事業(yè)的不斷發(fā)展,航空發(fā)動機(jī)高速、高溫、大載荷的工況特點(diǎn)對發(fā)動機(jī)主軸軸承的精度要求越來越高,保持架作為軸承的重要零件,對其加工精度也提出了更嚴(yán)格的要求。為提高保持架強(qiáng)度,減輕質(zhì)量,航空發(fā)動機(jī)主軸軸承多采用40CrNiMoA鋼制保持架,以適應(yīng)高速、高溫、大載荷的工作環(huán)境,滿足發(fā)動機(jī)主軸軸承與發(fā)動機(jī)同壽命要求,并提高其使用可靠性[1-5]。本文針對圓柱滾子軸承40CrNiMoA實(shí)體保持架原加工工藝中存在的問題,分析原因并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 原保持架加工工藝

1.1 保持架結(jié)構(gòu)

某圓柱滾子軸承40CrNiMoA實(shí)體保持架結(jié)構(gòu)如圖1所示,材料調(diào)質(zhì)后的硬度為33～37 HRC,外徑為166.22～166.30 mm,內(nèi)徑為152.50～152.65 mm,且外徑面帶外臺階,保持架兜孔圓周28等分。

圖1 保持架結(jié)構(gòu)簡圖

1.2 原加工工藝及存在的問題

原保持架加工工藝流程為：粗車成形→ 調(diào)質(zhì)→細(xì)車成形→細(xì)車第1平面→細(xì)車第2平面→細(xì)磨外徑面→細(xì)車內(nèi)徑面→終磨外徑面→終車內(nèi)徑面→ 車外臺階→ 打標(biāo)記→ 鉆孔→ 拉方孔 → 銑外臺階爪→去毛刺→ 光飾 → 劈外臺階爪 (形成兜孔鎖口)→動平衡→磁粉探傷→清洗→終檢→鍍銀→動平衡→清洗→包裝。

該工藝存在以下問題：

1)該實(shí)體保持架采用鍛件加工,由于原工藝缺少對鍛造后40CrNiMoA材料內(nèi)部缺陷的檢測,導(dǎo)致鍛造后材料內(nèi)部缺陷無法被發(fā)現(xiàn),存在質(zhì)量風(fēng)險。

2)銑外臺階爪工序經(jīng)常出現(xiàn)臺階爪厚度差(即S1-S2)不合格(工藝要求S1-S2≤0.08 mm),表明臺階爪厚度加工不均勻,一致性較差。臺階爪厚度差不合格將導(dǎo)致劈外臺階爪工序的兜孔鎖口尺寸不合格,即兜孔鎖口起不到鎖住滾子的作用,易產(chǎn)生掉滾子的問題;也可能出現(xiàn)臺階爪折斷,導(dǎo)致產(chǎn)品報廢。

3)由于該實(shí)體保持架徑向壁厚較小,將拉方孔工序安排在終磨外徑面、終車內(nèi)徑面、車外臺階工序之后,拉方孔后保持架內(nèi)、外徑面可能產(chǎn)生變形,導(dǎo)致保持架單一平面內(nèi)、外徑變動量可能超差。

2 改進(jìn)措施

2.1 工藝優(yōu)化

優(yōu)化后的工藝流程為：粗車成形→水浸超聲探傷→調(diào)質(zhì)→細(xì)車成形→細(xì)車第1平面→細(xì)車第2平面→均磨兩平面→細(xì)磨外徑面→細(xì)車內(nèi)徑面→打標(biāo)記→鉆孔→拉方孔→終磨外徑面→磨內(nèi)徑面→車外臺階→磨外臺階爪→去毛刺→光飾→劈外臺階爪(形成兜孔鎖口)→動平衡→磁粉探傷→清洗→終檢→鍍銀→動平衡→清洗→包裝。

工藝優(yōu)化措施：

1)在粗車成形后增加了水浸超聲探傷工序,檢測鍛造后40CrNiMoA材料的內(nèi)部缺陷,規(guī)避質(zhì)量隱患,保證保持架毛坯質(zhì)量合格。

2)為保證保持架外臺階爪厚度加工均勻一致,且外臺階爪厚度差合格,將銑外臺階爪工序改為磨外臺階爪;因保持架平面及內(nèi)徑面是磨外臺階爪的定位基準(zhǔn)面,為減少加工散差,增加均磨兩平面工序,將兩平面平行差控制在0.01 mm以內(nèi);終車內(nèi)徑面改為磨內(nèi)徑面,保持架單一平面內(nèi)徑變動量控制在0.015 mm以內(nèi),從而保證定位基準(zhǔn)面的精度,為磨外臺階爪工序奠定加工基礎(chǔ)。

3)將拉方孔工序安排在終磨外徑面、磨內(nèi)徑面、車外臺階工序之前,避免拉方孔后保持架內(nèi)、外徑面產(chǎn)生變形。

2.2 磨保持架外臺階爪工序保障措施

2.2.1 工裝設(shè)計

磨保持架外臺階爪工裝由底座、滑板、固定螺絲、定位鉤、壓板、定位銷、螺母M20、螺母M6及軸絲9部分組成,如圖2所示。首先將磨保持架外臺階爪工裝底座安裝在磨床的分度頭上,保持架安裝在底座的階梯臺階上,用定位鉤夾住保持架的外臺階;然后找準(zhǔn)加工位置定位,采用蓋板壓緊保持架端面,使底座上的定位銷順暢穿過蓋板的定位銷孔;最后旋緊螺母M20將保持架固定在底座上并抬起定位鉤。經(jīng)過一次裝夾即可完成保持架的外臺階爪加工,保證保持架外臺階爪加工的一致性及穩(wěn)定性。

1—底座;2—滑板;3—固定螺絲;4—定位鉤;5—壓板;6—定位銷;7—螺母M20;8—螺母M6;9—軸絲。

2.2.2 砂輪及其加工參數(shù)的合理選用

優(yōu)化后的外臺階爪加工工藝采用以磨削代替銑削的方法,選用白剛玉砂輪,硬度高于棕剛玉砂輪,而且棱角比較鋒利,自銳性好,切削性能好,磨削熱量小,適合磨削40CrNiMoA材料。

磨保持架外臺階爪采用先粗磨后精磨,粗磨的工藝參數(shù)為：砂輪轉(zhuǎn)速1 500～2 000 r/min,進(jìn)給量0.03～0.08 mm/r。精磨的工藝參數(shù)為：砂輪轉(zhuǎn)速1 500～2 000 r/min,進(jìn)給量0.01～0.02 mm/r。

3 實(shí)際加工效果

為驗證新工藝的可行性及可靠性,采用優(yōu)化的工藝加工3個批次的保持架并檢測其各項技術(shù)指標(biāo),結(jié)果見表1：優(yōu)化后的工藝穩(wěn)定、 可靠, 保持架單一平面內(nèi)、 外徑變動量及外臺階爪厚度差均滿足技術(shù)要求,保證了產(chǎn)品加工質(zhì)量,提高了產(chǎn)品合格率。該保持架加工工藝也可為其他類似保持架的加工提供參考。

表1 采用優(yōu)化后工藝加工保持架的各項技術(shù)指標(biāo)