圓柱滾子軸承青銅保持架加工工藝改進(jìn)

李迎麗，武偉，范繼成

(中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150000)

現(xiàn)行圓柱滾子軸承產(chǎn)品中，實(shí)體車制保持架材料多采用硬鋁(YL)、青銅(QSi或QAL)、黃銅(HPb)、合金鋼(40CrNiMoA)等。目前保持架兜孔過梁處鎖口加工有剁口、銑拉成形、滾壓成形等，其中，青銅保持架鎖口以滾壓成形居多，鎖口軸向?qū)挾?.2～2.0 mm。

青銅保持架制造過程涉及車削、鉆銑削、拉削、磨削、滾鎖口等多個(gè)工序，過程復(fù)雜、裝夾次數(shù)多，機(jī)械加工形成的應(yīng)力分布、應(yīng)力疊加及表面冷作硬化層等，使?jié)L鎖口后在滾壓表面出現(xiàn)微裂紋，該裂紋肉眼難以發(fā)現(xiàn)，要在40倍以上體式放大鏡下才可以觀察到[1]。

國內(nèi)對軸承保持架機(jī)械加工應(yīng)力消除方面缺乏必要的基礎(chǔ)研究，特別是對高性能航空軸承保持架，機(jī)械加工中高應(yīng)力的存在，對軸承整體性能和工作可靠性是一種潛在的危害，因此，有必要開展青銅保持架加工應(yīng)力與保持架滾鎖口質(zhì)量的關(guān)聯(lián)性研究，固化該類保持架工藝方法[2]。

1 問題的提出

滾鎖口加工的圓柱滾子軸承青銅保持架，根據(jù)鎖口部位的不同，可分為內(nèi)徑滾鎖口(圖1a)和外徑滾鎖口(圖1b)，其一般加工工藝流程為：成形(粗車端面、粗車外徑面、鉆孔、切斷)→粗磨外徑面→細(xì)車兩端面→細(xì)車內(nèi)徑面→鉆銑孔→拉方孔→終磨外徑面→終車內(nèi)徑面→車臺(tái)階/槽、倒角→去毛刺→光飾→滾鎖口→熒光滲透探傷→酸洗→終檢→包裝。

圖1 圓柱滾子軸承青銅保持架結(jié)構(gòu)

按照上述流程加工，滾鎖口后在42倍體式放大鏡下檢查，發(fā)現(xiàn)鎖口表面存在微裂紋，形貌如圖2所示。滾鎖口采用R0.8 mm的滾輪(圖3)。

圖2 鎖口裂紋形貌(42×)

圖3 滾輪結(jié)構(gòu)示意圖

由于其余加工工序一切正常，僅滾鎖口后發(fā)現(xiàn)鎖口表面有微裂紋，分析認(rèn)為，機(jī)械加工形成的應(yīng)力分布及應(yīng)力疊加、表面冷作硬化層，是產(chǎn)生鎖口裂紋的主要因素。

2 試驗(yàn)分析

針對存在的問題，從去應(yīng)力退火與加工表面硬度的關(guān)系和去應(yīng)力退火與塑性成形加工的關(guān)系兩方面進(jìn)行分析，研究去應(yīng)力退火對保持架鎖口質(zhì)量的影響。

2.1 鋁青銅QAL10-3-1.5冷作硬化值對比

以A型鋁青銅QAL10-3-1.5保持架為例，該材料保持架經(jīng)機(jī)械加工后表面硬度檢測值為214～268 HB，與QAL10-3-1.5保持架原材料入廠驗(yàn)收硬度標(biāo)準(zhǔn)相比，遠(yuǎn)超出YS/T 649—2007《銅及銅合金擠制棒》規(guī)定的范圍130～190 HB。

2.2 去應(yīng)力退火對加工表面硬度的影響

金屬熱處理手冊中沒有給出可供借鑒鋁青銅QAL10-3-1.5，QAL10-4-4的去應(yīng)力退火工藝，因此，在不同的工藝溫度下開展退火試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)設(shè)備為中溫硝鹽等溫淬火爐；樣件為A型鋁青銅(QAL10-3-1.5)保持架。在不同退火工藝下得到工件表面硬度變化見表1。

表1 去應(yīng)力退火與工件表面硬度的變化關(guān)系

由表1可知，保持架表面加工硬化層和硬度值隨去應(yīng)力退火溫度的提高逐漸下降。520 ℃退火后，工件表面硬度值趨近原材料入廠檢驗(yàn)值，550 ℃退火后，零件表面硬度值已經(jīng)與入廠檢驗(yàn)值相當(dāng)。

2.3 去應(yīng)力退火與塑性成形性能(鎖口滾壓質(zhì)量)試驗(yàn)

對A型鋁青銅保持架試驗(yàn)件(包括A1～A14退火件和B1～B4未退火件)進(jìn)行滾壓鎖口試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 鎖口滾壓試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Results of rolling verification of lock hole

由表2可知，當(dāng)去應(yīng)力退火溫度在520 ℃及以上時(shí)，不論滾輪R值大小，保持架滾壓后均未出現(xiàn)鎖口開裂現(xiàn)象；當(dāng)退火溫度低于520 ℃或未經(jīng)去應(yīng)力退火，不論滾輪R值大小，保持架滾壓鎖口均有不同程度的裂紋。典型裂紋形貌如圖4所示。

(a)A1裂紋形貌(46×)

(b)A6裂紋形貌(60×)

(c) B3裂紋形貌(60×)圖4 鎖口典型裂紋形貌Fig.4 Typical Crack Morphology of lock hole

2.4 抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

按標(biāo)準(zhǔn)制作8個(gè)鋁青銅QAL10-3-1.5棒拉伸試樣，分2組(每組4個(gè)試樣)試驗(yàn)。第1組試樣為原材料狀態(tài)；第2組試樣經(jīng)去應(yīng)力退火處理(退火溫度520 ℃，保溫時(shí)間40 mim)。2組試樣拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

由表3可知，去應(yīng)力退火后，材料抗拉強(qiáng)度沒有明顯變化，但斷后延伸率明顯改善，材料綜合力學(xué)性能有一定提高，測試結(jié)果全部符合YS/T 649—2007標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 工藝改進(jìn)方法

由試驗(yàn)分析結(jié)果可知：1)青銅保持架在機(jī)械加工后，表面冷作硬化現(xiàn)象明顯，在后續(xù)塑性變形過程中極易產(chǎn)生裂紋等缺陷；2) 去應(yīng)力退火可以有效解決青銅保持架塑性成形(滾鎖口)中的裂紋缺陷，且不會(huì)影響材料綜合力學(xué)性能。因此，對原工藝進(jìn)行改進(jìn)，在去毛刺后增加去應(yīng)力退火工序，可以實(shí)現(xiàn)滾壓后的鎖口圓滑無裂紋，有效保證鎖口的滾壓質(zhì)量。