圓柱滾子軸承青銅保持架加工工藝改進

李迎麗，武偉，范繼成

(中航工業哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150000)

現行圓柱滾子軸承產品中，實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，鎖口軸向寬度1.2～2.0 mm。

青銅保持架制造過程涉及車削、鉆銑削、拉削、磨削、滾鎖口等多個工序，過程復雜、裝夾次數多，機械加工形成的應力分布、應力疊加及表面冷作硬化層等，使滾鎖口后在滾壓表面出現微裂紋，該裂紋肉眼難以發現，要在40倍以上體式放大鏡下才可以觀察到[1]。

國內對軸承保持架機械加工應力消除方面缺乏必要的基礎研究，特別是對高性能航空軸承保持架，機械加工中高應力的存在，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力與保持架滾鎖口質量的關聯性研究，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，根據鎖口部位的不同，可分為內徑滾鎖口(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→細車兩端面→細車內徑面→鉆銑孔→拉方孔→終磨外徑面→終車內徑面→車臺階/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構

按照上述流程加工，滾鎖口后在42倍體式放大鏡下檢查，發現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 滾輪結構示意圖

由于其余加工工序一切正常，僅滾鎖口后發現鎖口表面有微裂紋，分析認為，機械加工形成的應力分布及應力疊加、表面冷作硬化層，是產生鎖口裂紋的主要因素。

2 試驗分析

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

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，該材料保持架經機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收硬度標準相比，遠超出YS/T 649—2007《銅及銅合金擠制棒》規定的范圍130～190 HB。

2.2 去應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的去應力退火工藝，因此，在不同的工藝溫度下開展退火試驗驗證。試驗設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 去應力退火與工件表面硬度的變化關系

由表1可知，保持架表面加工硬化層和硬度值隨去應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值，550 ℃退火后，零件表面硬度值已經與入廠檢驗值相當。

2.3 去應力退火與塑性成形性能(鎖口滾壓質量)試驗

對A型鋁青銅保持架試驗件(包括A1～A14退火件和B1～B4未退火件)進行滾壓鎖口試驗，結果見表2。

表2 鎖口滾壓試驗結果Tab.2 Results of rolling verification of lock hole

由表2可知，當去應力退火溫度在520 ℃及以上時，不論滾輪R值大小，保持架滾壓后均未出現鎖口開裂現象；當退火溫度低于520 ℃或未經去應力退火，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 抗拉強度試驗

按標準制作8個鋁青銅QAL10-3-1.5棒拉伸試樣，分2組(每組4個試樣)試驗。第1組試樣為原材料狀態；第2組試樣經去應力退火處理(退火溫度520 ℃，保溫時間40 mim)。2組試樣拉伸試驗結果見表3。

表3 抗拉強度試驗

由表3可知，去應力退火后，材料抗拉強度沒有明顯變化，但斷后延伸率明顯改善，材料綜合力學性能有一定提高，測試結果全部符合YS/T 649—2007標準要求。

3 工藝改進方法

由試驗分析結果可知：1)青銅保持架在機械加工后，表面冷作硬化現象明顯，在后續塑性變形過程中極易產生裂紋等缺陷；2) 去應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，且不會影響材料綜合力學性能。因此，對原工藝進行改進，在去毛刺后增加去應力退火工序，可以實現滾壓后的鎖口圓滑無裂紋，有效保證鎖口的滾壓質量。