非金屬實體保持架鉚釘孔加工工藝研究

李凌鑫，葉亞飛，陳靜，張振強，丁健

(1.洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術重點實驗室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產業技術創新戰略聯盟，河南 洛陽 471039)

非金屬保持架成分多樣，配方靈活，可添加各種潤滑劑，越來越多地應用于軸承領域。常見的非金屬保持架材料有尼龍、聚酰亞胺、聚四氟乙烯等。高速軸承在工作中保持架可能會承受很大的力，非金屬保持架強度往往不足，易發生塑性變形，影響軸承正常轉動，嚴重的可能導致軸承卡死，引發主軸停機甚至造成事故。為提高非金屬保持架運轉的可靠性，一般在保持架兩端加兩片金屬加強環，通過鉚釘將保持架與加強環鉚接在一起，提高保持架的強度。目前，非金屬保持架鉚釘孔的位置加工精度不高，導致加強環的鉚接質量差，最終影響整個軸承的性能。

1 非金屬保持架鉚釘孔加工難點

需要安裝加強環的保持架上沿圓周均布若干個鉚釘孔，鉚釘孔的位置和數量與兩端加強環上的孔相對應。但實際加工中，由于保持架結構的限制，保持架的鉚釘孔一般都是細長孔結構，其長徑比能達到5∶1以上。孔的長徑比越大，加工時鉆頭的切削深度越大，鉆頭切削刃處的擺動也越大，導致鉚釘孔的軸線產生偏斜(圖1)，鉚釘孔下端的位置可能偏向內徑面、外徑面,或者沿圓周方向偏斜，影響孔的等分差。加強環的厚度很薄(約為1 mm)，不存在細長孔加工中鉆頭擺動大的問題，孔位置精度較高。因此，保持架鉚釘孔偏斜后，就會出現保持架與加強環上的孔不能一一對應，鉚釘穿不進去或者偏斜的問題。

圖1 鉚釘孔偏斜示意圖

2 常規非金屬保持架鉚釘孔加工方法

非金屬保持架材料軟，易變形，無法直接在機床上裝夾，目前只能將需鉆孔的保持架裝入鉆孔工裝中，靠鉗工手持工裝在鉆床上加工。具體實施方式如圖2所示。

1—環形槽；2—導向孔；3—上蓋；4—保持架；5—底座

鉆孔工裝由上蓋和底座組成，待鉆孔的保持架裝在底座上，保持架內徑面與底座小外徑面配合，上蓋與底座之間靠螺釘連接，軸向壓緊保持架，以固定保持架與工裝的相對位置。上蓋沿圓周均布若干個導向孔，數量與保持架待加工鉚釘孔一致，鉚釘孔的位置度和等分差由導向孔保證，底座上有環形凹槽，避免鉆頭從保持架下端鉆出時撞刀。加工鉚釘孔時，手持裝入保持架的工裝置于臺鉆的鉆頭下方，調整位置，使鉆頭從導向孔中鉆入，直至鉆頭從保持架下端鉆出，即完成一個鉚釘孔的加工，然后旋轉工裝，依次加工其余的鉚釘孔。

保持架鉚釘孔上端是鉆頭切入端，其位置精度靠工裝保證，但鉆孔工裝無法保證鉆頭深入后不產生偏擺，因而無法保證鉚釘孔下端的位置度，其位置精度較差。孔的長徑比越大，鉆頭的偏擺越大，出現偏斜的概率越大，后期裝加強環，穿鉚釘時廢品率越高。由于保持架鉚釘孔易產生偏斜，孔的上端位置度較好，下端位置度較差，因而與加強環上孔的配合不好，只能靠調整穿鉚釘方向來提高裝配效率。保持架加工完成后，需要在保持架外徑面上用記號筆標出鉚釘孔的加工方向，后期鉚釘穿入方向與鉚釘孔加工方向保持一致時，上加強環與鉚釘孔上端面配合好，鉚釘易穿入，可以提高裝配效率，但由于鉚釘孔偏斜，鉚接后易出現鉚釘頭偏斜等問題；若方向相反，從圖1所示保持架下端穿鉚釘，下加強環與鉚釘孔下端面位置不對應，可能出現鉚釘穿不進去的情況。且記號筆的標記需要用丙酮進行擦除，嚴重影響了軸承的裝配效率和裝配質量。

3 改進后鉚釘孔加工方法

針對非金屬保持架常規加工方法中的定位精度低，孔位置度差等缺陷，設計可在數控車床上加工鉚釘孔的工裝。

該工裝示意圖如圖3所示,保持架內徑面與脹胎小外徑面配合，脹胎頂部設置有螺紋，該螺紋與壓蓋內徑面的螺紋配合，保持架裝入脹胎后，擰緊壓蓋，壓蓋軸向壓緊保持架端面，壓蓋外徑小于保持架鉚釘孔的中心徑。小外徑圓度要求不大于0.02 mm，因此，非金屬保持架裝在該脹胎上不會影響保持架形狀公差，不會造成保持架棱圓度或橢圓度超差。端面由壓蓋壓緊，可保證保持架與工裝之間位置固定，夾緊可靠。

1—壓蓋；2—保持架；3—脹胎；4—定位孔

該工裝可以固定保持架相對于機床主軸的同心度、軸向位置和周向位置，裝夾重復性好，可以將鉆孔工藝改為2步進行:1)保持架第1次裝夾后，加工出所有的鉚釘孔，但每個鉚釘孔都加工成保持架高度一半的盲孔；2)加工完成后拆下壓蓋和保持架，在工裝定位孔中裝入定位銷，將保持架翻轉180°后裝入工裝小外徑，使其中一個盲孔與定位銷重合，擰緊壓蓋進行另一面盲孔的加工，兩面的盲孔最終在保持架軸向中心位置形成完整的通孔。該加工方法將一個細長孔的加工深度縮短了一半，避免了鉆頭切削深度過大所產生擺動對加工精度的影響，產生偏斜的概率也大大降低。

從兩端面加工2個半孔形成的直通孔理論上在中心位置會有一定的加工交界線,為了避免這個問題，采用以下措施：工裝在加工保持架的同一臺機床上加工，加工完成后直接使用，拆下后即報廢，避免了工裝在機床上的安裝誤差；直接使用加工用的同批次、同規格的鉆頭作定位銷，反面安裝后周向定位好，2個半孔的軸線重合度高。采用兩端加工方式后，鉚釘孔目測不到交界線痕跡，而且后期穿鉚釘不需要再進行保持架鉚釘孔加工方向的標記，實現了保持架和加強環鉚釘孔的萬能配對，杜絕了鉚釘偏斜和穿不進去的問題。

4 試驗驗證

以6210軸承為例，其保持架寬度為20 mm，圓周均布12個φ2.5 mm的鉚釘孔，鉚釘孔長徑比達到了8∶1。分別取50件保持架,用2種鉆孔方法進行鉚釘孔加工(各含600個鉚釘孔)，之后裝加強環,穿鉚釘進行鉚接，裝配時間和裝配質量見表1。由于加工方法的區別，加工時間中包含機床編程和機床調整時間，2種鉚釘孔加工方法中不改變鉚接工藝，因此，鉚接和裝配時間中不含鉚接設備的調試時間。

表1 鉚釘孔加工方法改進試驗對比

由表1可以看出，鉚釘孔加工方法改進后，加工時間縮短為原來的1/4；裝配、鉚接時間縮短了一半；有效避免了鉚釘孔偏斜和鉚釘穿不進去的情況。

5 結束語

使用新設計的工裝加工出的鉚釘孔位置精度高，后期裝配時，不需要區分鉆孔方向，鉚釘孔軸線無偏斜，鉚釘鉚接后質量高，提高了工作效率和產品質量。