40CrNiMoA外懸梁保持架加工工藝改進(jìn)

陳帥，王超，馮振，郭曉玉，常永紅

(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實驗室，河南 洛陽 471039)

1 外懸梁保持架結(jié)構(gòu)及加工難點

圓柱滾子用外懸梁保持架(圖1)是在環(huán)形零件的內(nèi)徑上車一徑向槽，然后用銑削等加工方法在零件外徑處沿軸向方向加工成相同兜孔數(shù)的等分槽，使兩槽相交形成兜孔的一種保持架[1]。

外懸梁保持架多采用黃銅、硬鋁、低碳鋼等材料制造，硬度為80～200 HB。針對特殊需求而研發(fā)的某型號外懸梁保持架尺寸為91.8 mm×75.8 mm×37.2 mm，采用40CrNiMoA材料，硬度達(dá)到276～323 HB，其特點是強度較高、耐磨性能好，但黏性大，機械加工工藝性差。由于對保持架加工精度要求較高，產(chǎn)品精度要求達(dá)到P5，采用常規(guī)的錯齒三面刃銑刀(圖2)加工時，由于交錯銑削振動較大，無法滿足高精度40CrNiMoA鋼制外懸梁保持架兜孔的精度要求。

圖1 外懸梁保持架示意圖

圖2 圓盤形錯齒三面刃銑刀示意圖

2 凹R成形銑刀設(shè)計

為滿足使用要求，重新設(shè)計了一種新的刀具——凹R成形銑刀(圖3)。該刀具采用W18Cr4V鋼一體成形設(shè)計加工，強度高、銑削加工時振動小，加工精度更高；刀具表面進(jìn)行TiN涂層處理，提高刀具的表面硬度、耐磨性、使用壽命和切削速度。刀具的凹R面銑削外懸梁保持架外徑D1圓弧面，厚度B保證外懸梁保持架兜孔寬度。

圖3 凹R成形銑刀示意圖

凹R成形銑刀的幾何參數(shù)設(shè)計如下：

1)前角γ主要取決于被加工材料的軟硬、韌性和塑性，材料軟時前角取較大值，材料較硬時前角取較小值，一般取為10°～14°，當(dāng)加工鋁合金、黃銅時γ可取20°。由于40CrNiMoA材料較硬，因此前角設(shè)計為10°左右。

2)后角α的大小直接影響刀具強度和切削情況。后角大，切削時摩擦小，刀具鋒利、耐磨，但取值太大，則刀齒強度降低，會加劇刀具磨損。因保持架材料較硬，應(yīng)減小后角，以增加刀齒強度，后角設(shè)計為5°。

3)韌帶寬度對刀具的使用產(chǎn)生較大影響，韌帶寬會增大刀具與工件之間的摩擦，使刀具后角粘削，從而加劇刀具的磨損；韌帶窄，刀具鋒利，但耐用度低。綜合考慮，韌帶寬度設(shè)計為0.1 mm。

3 工裝夾具設(shè)計

外懸梁保持架壁厚、梁寬值均較小，承載能力相對較小。保持架在加工過程中，尤其是銑外徑槽工序極易發(fā)生工件位移變形，造成產(chǎn)品超差，甚至報廢。

保持架銑削加工設(shè)備的通用夾具如圖4所示，工件底部與支承盤接觸定位，工件上端采用壓盤固定，然后使用墊片和螺帽固定。由于外懸梁保持架內(nèi)徑有一徑向槽，通用夾具固定時易造成工件變形等缺陷。為此，優(yōu)化銑床通用夾具，設(shè)計貫穿式芯軸支承內(nèi)徑面定位(圖5)，再用壓盤壓緊，減小加工時工件的變形量，提高加工精度。

圖4 銑床通用夾具

圖5 外懸梁保持架銑外徑槽夾具

4 數(shù)據(jù)驗證

配套40CrNiMoA外懸梁保持架工藝技術(shù)要求為：梁寬變動量Vbc≤0.1 mm，兜孔表面粗糙度Ra≤1 μm。使用新設(shè)計刀具及工裝夾具對該保持架進(jìn)行加工，與傳統(tǒng)加工方法檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果見表1。

表1 改進(jìn)前、后保持架檢測數(shù)據(jù)

由表可知，改進(jìn)后的40CrNiMoA材料外懸梁保持架梁寬變動量及兜孔表面粗糙度Ra均有所減小，加工精度有了較明顯提升，較好滿足了設(shè)計需求。