圓柱滾子軸承實體保持架加工工藝改進

曹陽,孫慧霖,劉偉,辛凱

(中國航發哈爾濱軸承有限公司,哈爾濱 150027)

隨著我國航空發動機事業的不斷發展,航空發動機高速、高溫、大載荷的工況特點對發動機主軸軸承的精度要求越來越高,保持架作為軸承的重要零件,對其加工精度也提出了更嚴格的要求。為提高保持架強度,減輕質量,航空發動機主軸軸承多采用40CrNiMoA鋼制保持架,以適應高速、高溫、大載荷的工作環境,滿足發動機主軸軸承與發動機同壽命要求,并提高其使用可靠性[1-5]。本文針對圓柱滾子軸承40CrNiMoA實體保持架原加工工藝中存在的問題,分析原因并提出相應的改進措施。

1 原保持架加工工藝

1.1 保持架結構

某圓柱滾子軸承40CrNiMoA實體保持架結構如圖1所示,材料調質后的硬度為33～37 HRC,外徑為166.22～166.30 mm,內徑為152.50～152.65 mm,且外徑面帶外臺階,保持架兜孔圓周28等分。

圖1 保持架結構簡圖

1.2 原加工工藝及存在的問題

原保持架加工工藝流程為：粗車成形→ 調質→細車成形→細車第1平面→細車第2平面→細磨外徑面→細車內徑面→終磨外徑面→終車內徑面→ 車外臺階→ 打標記→ 鉆孔→ 拉方孔 → 銑外臺階爪→去毛刺→ 光飾 → 劈外臺階爪 (形成兜孔鎖口)→動平衡→磁粉探傷→清洗→終檢→鍍銀→動平衡→清洗→包裝。

該工藝存在以下問題：

1)該實體保持架采用鍛件加工,由于原工藝缺少對鍛造后40CrNiMoA材料內部缺陷的檢測,導致鍛造后材料內部缺陷無法被發現,存在質量風險。

2)銑外臺階爪工序經常出現臺階爪厚度差(即S1-S2)不合格(工藝要求S1-S2≤0.08 mm),表明臺階爪厚度加工不均勻,一致性較差。臺階爪厚度差不合格將導致劈外臺階爪工序的兜孔鎖口尺寸不合格,即兜孔鎖口起不到鎖住滾子的作用,易產生掉滾子的問題;也可能出現臺階爪折斷,導致產品報廢。

3)由于該實體保持架徑向壁厚較小,將拉方孔工序安排在終磨外徑面、終車內徑面、車外臺階工序之后,拉方孔后保持架內、外徑面可能產生變形,導致保持架單一平面內、外徑變動量可能超差。

2 改進措施

2.1 工藝優化

優化后的工藝流程為：粗車成形→水浸超聲探傷→調質→細車成形→細車第1平面→細車第2平面→均磨兩平面→細磨外徑面→細車內徑面→打標記→鉆孔→拉方孔→終磨外徑面→磨內徑面→車外臺階→磨外臺階爪→去毛刺→光飾→劈外臺階爪(形成兜孔鎖口)→動平衡→磁粉探傷→清洗→終檢→鍍銀→動平衡→清洗→包裝。

工藝優化措施：

1)在粗車成形后增加了水浸超聲探傷工序,檢測鍛造后40CrNiMoA材料的內部缺陷,規避質量隱患,保證保持架毛坯質量合格。

2)為保證保持架外臺階爪厚度加工均勻一致,且外臺階爪厚度差合格,將銑外臺階爪工序改為磨外臺階爪;因保持架平面及內徑面是磨外臺階爪的定位基準面,為減少加工散差,增加均磨兩平面工序,將兩平面平行差控制在0.01 mm以內;終車內徑面改為磨內徑面,保持架單一平面內徑變動量控制在0.015 mm以內,從而保證定位基準面的精度,為磨外臺階爪工序奠定加工基礎。

3)將拉方孔工序安排在終磨外徑面、磨內徑面、車外臺階工序之前,避免拉方孔后保持架內、外徑面產生變形。

2.2 磨保持架外臺階爪工序保障措施

2.2.1 工裝設計

磨保持架外臺階爪工裝由底座、滑板、固定螺絲、定位鉤、壓板、定位銷、螺母M20、螺母M6及軸絲9部分組成,如圖2所示。首先將磨保持架外臺階爪工裝底座安裝在磨床的分度頭上,保持架安裝在底座的階梯臺階上,用定位鉤夾住保持架的外臺階;然后找準加工位置定位,采用蓋板壓緊保持架端面,使底座上的定位銷順暢穿過蓋板的定位銷孔;最后旋緊螺母M20將保持架固定在底座上并抬起定位鉤。經過一次裝夾即可完成保持架的外臺階爪加工,保證保持架外臺階爪加工的一致性及穩定性。

1—底座;2—滑板;3—固定螺絲;4—定位鉤;5—壓板;6—定位銷;7—螺母M20;8—螺母M6;9—軸絲。

2.2.2 砂輪及其加工參數的合理選用

優化后的外臺階爪加工工藝采用以磨削代替銑削的方法,選用白剛玉砂輪,硬度高于棕剛玉砂輪,而且棱角比較鋒利,自銳性好,切削性能好,磨削熱量小,適合磨削40CrNiMoA材料。

磨保持架外臺階爪采用先粗磨后精磨,粗磨的工藝參數為：砂輪轉速1 500～2 000 r/min,進給量0.03～0.08 mm/r。精磨的工藝參數為：砂輪轉速1 500～2 000 r/min,進給量0.01～0.02 mm/r。

3 實際加工效果

為驗證新工藝的可行性及可靠性,采用優化的工藝加工3個批次的保持架并檢測其各項技術指標,結果見表1：優化后的工藝穩定、 可靠, 保持架單一平面內、 外徑變動量及外臺階爪厚度差均滿足技術要求,保證了產品加工質量,提高了產品合格率。該保持架加工工藝也可為其他類似保持架的加工提供參考。

表1 采用優化后工藝加工保持架的各項技術指標