大型薄壁角接觸球軸承鋁合金保持架加工工藝改進

常永紅，王超，馮振，郭曉玉，張艷麗

（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 概述

薄壁軸承是尺寸系列中壁厚最薄的一種軸承，其套圈外徑／內(nèi)徑≤1.34[1]。薄壁軸承相對占用更少的空間，可實現(xiàn)產(chǎn)品的小型化、輕量化。

對于直徑大于?400 mm的大型薄壁軸承，其保持架厚僅為5 mm左右，如果采用三爪卡盤夾持外徑進行精車、鉆孔等加工（工序），即便是使用很小的夾緊力也極易使工件產(chǎn)生變形，造成引導表面圓度誤差、寬度變動量、梁寬變動量等技術(shù)指標超差等情況。

某型號大型薄壁角接觸球軸承保持架結(jié)構(gòu)如圖1所示，材料為 LY12CZ，工件外徑為444.8 mm，工件壁厚為5.6 mm，兜孔數(shù)量為78個，內(nèi)外徑表面均有臺階，臺階高度為2.4 mm。該保持架壁薄、兜孔數(shù)多、內(nèi)外徑帶凸臺，結(jié)構(gòu)較復雜；同時產(chǎn)品加工精度要求較高，如引導表面圓度誤差不大于0.18 mm、厚度變動量和寬度變動量不大于0.25 mm、兜孔底高及變動量不大于0.10 mm、梁寬變動量不大于0.30 mm，兜孔表面粗糙度Ra≤2.5μm。產(chǎn)品加工難度較大，依現(xiàn)有加工工藝已不能滿足產(chǎn)品精度要求。

圖1 大型薄壁保持架產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of large-scale thin-walled cage

2 傳統(tǒng)加工工藝及分析

目前大型薄壁角接觸球軸承保持架加工工藝流程為：粗車端面、內(nèi)徑面、外徑面→精車外徑面→精車兩端面→精車內(nèi)徑面→鉆孔→去毛刺→切斷→打磨切斷面[2]。

由于保持架壁薄，容易產(chǎn)生變形，因此加工時多采用增加加強圈的方法（圖2），將內(nèi)、外徑面直接車至成品尺寸，然后進行鉆孔，最后再進行切斷，切斷后手工對切斷面倒角去毛刺處理，形成內(nèi)、外倒角。

圖2 附帶加強圈的保持架結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of cage with stiffening ring

由于該產(chǎn)品直徑大，加工余量大，在切削過程中產(chǎn)生較大切削力、切削熱，從而使工件產(chǎn)生一定內(nèi)應(yīng)力，引起產(chǎn)品變形、尺寸處于不穩(wěn)定狀態(tài)；同時加工過程中易產(chǎn)生切屑粘刀現(xiàn)象，影響加工精度。根據(jù)硬鋁的材料特性，可以考慮通過熱處理的方法對產(chǎn)品進行時效處理，消除工件的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善機械性能。

3 改進后工藝方法

通過一次裝夾將工件內(nèi)、外徑分多刀均勻去除余量的方式，使應(yīng)力在加工過程中逐漸釋放，在接近成品尺寸時，采用高轉(zhuǎn)速、低進給的加工方法，以減小切削加工應(yīng)力，從而減少工件變形，避免粘刀現(xiàn)象，保證產(chǎn)品加工精度；在鉆孔后增加粗鏜孔和精鏜孔工序，進一步降低兜孔表面粗糙度值，提高兜孔加工精度[3]。

改進后工藝流程為：管料時效處理→粗車內(nèi)、外徑面、端面→二次時效處理→精車內(nèi)、外徑面、切斷→去毛刺、手工打磨切斷面→鉆孔→粗鏜孔→精鏜孔→時效處理→去毛刺。

第1次時效處理主要是考慮來料毛坯制造的內(nèi)應(yīng)力有可能沒有完全釋放，為了消除由此造成的工件變形，首先對毛坯管料進行熱處理，加熱溫度為90℃±10℃，回火2 h，目的是消除原材料的內(nèi)應(yīng)力；粗車內(nèi)、外徑面、端面后，進行2次時效處理，加熱溫度90℃±10℃，回火2 h，目的是消除粗車過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；在精鏜孔工序之后，工件連同支承盤、壓盤整體進行第3次時效處理（圖3），控制油溫為120～160℃，保溫12 h，目的是消除兜孔加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

圖3 工件、支承盤、壓盤整體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Overall structure diagram of workpiece，support plate and pressure plate

4 檢測數(shù)據(jù)對比

工藝改進前、后產(chǎn)品加工檢測數(shù)據(jù)見表1。由表1可知，工藝改進后，產(chǎn)品引導表面圓度誤差、厚度變動量、兜孔底高變動量等主要技術(shù)指標均有了明顯改善，有效提高了產(chǎn)品精度。

表1 工藝改進前、后保持架加工檢測數(shù)據(jù)Tab.1 Testing data for machining of cage before and after technology improvement mm

5 結(jié)束語

通過對硬鋁材料保持架加工工藝流程調(diào)整、合理控制留量分配、采用加強圈的方法消除了工件的反復裝夾變形；增加3次時效處理，將原材料及車、鉆、鏜等工序的內(nèi)應(yīng)力逐步釋放，直至消除。加工后產(chǎn)品的各項技術(shù)指標均達到技術(shù)要求，可為其他類型薄壁保持架的加工提供參考。