鋼制實體保持架兜孔加工工藝改進

李江斌，劉兢

(1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點實驗室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039)

隨著國內(nèi)核工業(yè)、航天、深海事業(yè)的發(fā)展，具有耐高溫、耐腐蝕性能的不銹鋼、耐熱鋼材料越來越多的應用在軸承保持架生產(chǎn)中，其中，常用材料有1Cr18Ni9(Ti)，14Cr17Ni2，40CrNiMoA等，其相對于工程塑料和銅材，具有更高的硬度、韌性及耐熱性。但是該類材料保持架兜孔加工時，傳統(tǒng)的加工工藝不能滿足其表面粗糙度要求，且加工效率低。由于兜孔與滾動體直接接觸，兜孔表面粗糙度直接影響軸承的旋轉(zhuǎn)精度和摩擦發(fā)熱，因此，高質(zhì)量、高效率的加工該類鋼制保持架兜孔成為面臨的主要問題。

1 保持架結(jié)構(gòu)特點

圖1 某型保持架結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Structure diagram of a type of cage

2 保持架兜孔原加工工藝及存在問題

2.1 原工藝方法

保持架兜孔原加工步驟為：1)使用專用模具將保持架半成品裝夾在立式加工中心XH714D的工作分度盤上；2)使用7.9 mm硬質(zhì)合金鉆頭在保持架上粗鉆通孔；3)使用8.2 mm定尺寸銑刀精加工通孔；4)取出保持架，手工去除兜孔毛刺。

2.2 存在問題

由于保持架材料40CrNiMoA硬度較高，且具有較大黏性，兜孔采用粗、精2遍加工，旨在提高銑刀的壽命，改善兜孔表面質(zhì)量。但實際生產(chǎn)中，每批次總會出現(xiàn)表面粗糙度超差甚至劃傷的工件。如圖2所示，圖2a中可以看到已加工表面左側(cè)的被擠屑擦傷現(xiàn)象，導致兜孔的表面粗糙度超差；圖2b兜孔中可見一個明顯的劃傷帶，工件直接報廢。

圖2 保持架兜孔加工缺陷圖Fig.2 Defectogram of cage pocket surface

加工工藝的不穩(wěn)定性極其影響產(chǎn)品的質(zhì)量和加工效率，尤其是某些兜孔數(shù)量較多的保持架情況更嚴重，一個兜孔質(zhì)量出現(xiàn)問題可導致整個保持架的報廢，浪費材料和人力物力。

2.3 問題分析

根據(jù)切削加工原理，銑削兜孔時，銑刀的圓周刃帶即為刀具的副切削刃，其在基面上的投影與進給運動反方向間的夾角為副偏角K′r，如圖3所示。精加工時，宜取較小的副偏角[1]。銑刀的刃帶具有光整被加工表面、定尺寸的作用，所以銑刀的副偏角K′r應趨近于0，以保證尺寸精度，同時保證銑刀刃磨后尺寸的穩(wěn)定性。

圖3 切削原理圖Fig.3 Principle diagram of cutting

當銑刀加工40CrNiMoA材料兜孔時，一旦有微小切屑不能順利通過銑刀前刀面排出，將極有可能隨著銑刀的進給通過極小的副偏角擠入刃帶即出現(xiàn)擠屑現(xiàn)象。隨著銑刀的主運動，擠屑摩擦被加工表面，必然降低加工表面質(zhì)量，甚至出現(xiàn)劃傷。

3 工藝改進

通過上述分析可知，若想使刃帶上形不成擠屑而改善劃傷問題，則需要將銑刀的刃帶外徑尺寸減小，以增大副偏角。但這樣將導致銑刀刃帶不再具有光整及定尺寸的功能，價格昂貴的定尺寸銑刀將無法刃磨再次使用，也就失去了使用價值。因此，在兜孔尺寸不能保證的情況下，單純提高兜孔表面粗糙度沒有實際意義，所以改進銑刀刀具參數(shù)的方法不可行。

引入新的工藝方法：改精銑通孔為精鏜通孔。新設(shè)計訂制的立式加工中心專用鏜頭結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 鏜頭結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure diagram of boring head

該鏜頭下裝夾標準型鏜刀桿，并根據(jù)工件材料及加工精度要求選配適當?shù)牡镀?。專用鏜刀頭可通過微調(diào)螺母進行偏心量調(diào)節(jié)，可配不同尺寸段的鏜刀，滿足實際加工尺寸需要。鏜刀在進行切削時有較大的副偏角，可避免銑削時產(chǎn)生的擠屑問題，進而可提高兜孔表面質(zhì)量。

4 實例分析

為驗證新工藝的可行性及可靠性，對2個批次40CrNiMoA鋼制實體保持架兜孔加工進行對比試驗。工藝要求：10個兜孔均布，兜孔尺寸為φ(8.30+0.1)mm，表面粗糙度Ra≤1.6 μm。

加工機床均使用XH714D立式加工中心，主軸轉(zhuǎn)速1 500 r/min，進給量0.08～0.1 mm/r。原銑削工藝采用φ8.35 mm定尺寸硬質(zhì)合金銑刀；改進為鏜削工藝后采用BJ1206-24鏜刀桿(加工范圍6～10 mm)，配以WBGT060104硬質(zhì)合金刀片(六角形正型刀片)[2]。2種工藝的生產(chǎn)結(jié)果對比見表1。

表1 鋼制實體保持架兜孔加工工藝對比Tab.1 Comparative of previous processing and improved processing for cage pocket

由表可知，銑削加工的合格率為78.6%，其中18件兜孔粗糙度超差，6件兜孔有劃傷，2件兜孔尺寸偏??；鏜削加工的合格率為99.9%，僅1件兜孔尺寸偏小。這是由于鏜刀采用標準刀片，刀片壽命更長，無需刃磨且更換方便，加工效率可提高1倍以上；而且鏜刀規(guī)避了銑削時副偏角小的弊端，避免了擠屑現(xiàn)象，提高了兜孔表面質(zhì)量。新工藝加工的兜孔表面如圖5所示。

圖5 鏜削兜孔表面(×5)Fig.5 Cage pocket surface of boring

5 結(jié)束語

經(jīng)工藝實踐探索，對40CrNiMoA鋼制實體保持器兜孔的加工采用新的工藝方法，解決了兜孔表面粗糙度不達標、劃傷的問題。新工藝大幅提高了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品合格率，降低了成本；工藝穩(wěn)定、可靠，具有推廣應用價值。