關節軸承外圈裝配缺口加工工藝分析

吳玫，閆佳山，金賀

(中國航發哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150025)

1 帶裝配缺口式外圈工藝路線

帶裝配缺口式外圈結構如圖1所示，材料為GCr15軸承鋼，裝配缺口位于外圈端面，形位公差要求寬松。

圖1 帶裝配缺口式關節軸承外圈結構

GCr15軸承鋼硬度達60 HRC以上，在熱處理>后加工裝配缺口屬于硬加工，采用的加工刀具價格高，加工效率低，故應將裝配缺口安排在熱處理前加工。

為保證缺口的一致性及相關技術指標要求，加工后的外徑圓度為0.03 mm，端面平行差為0.04 mm[3]。

確定加工工藝路線為：車成形(除缺口以外所有部位)→加工缺口→去缺口毛刺→熱處理。

2 外圈缺口加工方法選擇

加工缺口可采用的加工設備為立式銑床或壓力機。

缺口過渡處存在不大于1 mm的圓弧，采用立式銑床加工時，需選擇直徑不大于2 mm的立銑刀。缺口寬度較大，會導致銑削量偏大，要保證銑刀受到較大抗力不折斷，進給量不宜過大，加工時間較長，加工效率較低。

沖壓產品的質量依靠沖頭及壓力機保證[2]，沖頭壽命一般較長，加工時間較短，且沖床操作簡單，加工產品尺寸一致性較好，故采用沖缺口方式。

3 沖壓加工工藝

3.1 沖裁力

沖裁力為[4-5]

(二)保護遺跡，叫停一切拆除震前建筑的行為。唐山的歷史僅有140年，期間，不僅經歷了戰火和文革的等人禍的破壞，又經歷了具有毀滅性的1976年大地震的天災。對于唐山，任何一處能夠留存到現在的震前建筑都彌足珍貴，尤其是那些承載唐山歷史節點、重要時刻的建筑，更顯寶貴。要樹立“成物不隨意可損壞”的思想，尊重歷史，停止一切拆除震前建筑物的行為，最大限度保留原貌，讓游客能夠直接看到歷史的本來面目。對那些確需拆遷改造的建筑，一定要先期征詢各級文物部門意見，嚴格把關，建立保護臺賬，絕不準亂拆、誤拆。

P=Ltτ，

(1)

式中：L為沖裁部分周長；t為材料厚度；τ為材料抗剪強度。

由(1)式可得P≈28.0 kN,設備選擇時，考慮安全余量，取P0=1.3P=36.4 kN，選擇156.8 kN壓力機。

3.2 沖頭材料

根據外圈材料和沖裁力，沖頭材料預選為GCr15軸承鋼和SKH-9高速鋼。

GCr15軸承鋼具有較強的抗塑性變形能力，良好的彈性極限和沖擊韌性，可加工性好，成本低，熱處理后硬度可達60 HRC以上。

SKH-9鋼是一種高性能材料，具有高強度、耐磨、耐沖擊的特點，對加工厚型產品有一定的優勢，熱處理后硬度達63 HRC以上。

3.3 沖頭設計

由于加工面為平面，且沖切深度較深，接近產品寬度的一半，為減小沖切力和沖切變形,采用斜刃沖切，沖頭結構如圖2所示,其主要參數尺寸為

dct=D′+δ，

(2)

(3)

式中：D′為缺口直徑；B′為缺口寬度；δ為公差。

圖2 沖頭結構

由(2)，(3)式取dct=9.7 mm，Bct=7.2 mm。此外，壓力機接口安裝尺寸D取15 mm，斜刃角β取60°，刃口寬度取0.4 mm。

為保證加工質量，沖頭圓柱面粗糙度Ra值小于0.4 μm，沖頭兩側平面Ra值小于0.8 μm。為保證缺口圓跳動0.13 mm的形位公差要求，沖頭工作圓柱面中心與壓力機接口的同軸度應不大于0.03 mm。

3.4 模具設計

沖模結構如圖3所示,為保證工件安裝方便,零件與沖模為間隙配合,其主要參數尺寸為

Dcm=De+(0.05～0.10)，

(4)

(5)

式中：H為工件高度；De為工件外徑。

圖3 沖模結構

由(4)，(5)式取Dcm=14.15 mm，Hcm=3 mm。沖模高度Hmz取22 mm，壓力機工作臺安裝尺寸Dmz取70 mm。

4 實際加工效果

經過多批次(每個批次不少于800件)的試驗加工，在采用GCr15鋼和SKH-9鋼的沖頭加工缺口時，合格率均在99.5%以上，相關技術指標對比如圖4所示，2種材料沖頭加工的外圈均滿足技術要求。2種材料沖頭的壽命見表1，SKH-9鋼沖頭加工壽命較長，性價比優于GCr15鋼。為保證產品質量，采用熒光磁粉探傷方式對缺口進行檢測，未發現裂紋，合格率為100%。

圖4 2種材料沖頭加工缺口的技術指標對比

表1 沖頭壽命

5 結束語

經過大批量、多批次的加工試驗后，說明采用車成形→沖缺口→去缺口毛刺→熱處理的加工路線切實可行。在保證缺口尺寸及幾何精度滿足要求的同時，還能提高生產效率，降低成本。該方法也可用于其他型號關節軸承的加工。