聚四氟乙烯混合材料保持架的加工工藝改進(jìn)

曹陽，劉穎志，李穎，孫麗杰

(1.中國航發(fā)哈爾濱軸承有限公司，哈爾濱 150027；2. 哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150030)

1 保持架特點

液壓泵用某型混合陶瓷軸承使用的保持架材料較為特殊，是一種混合材料，主要成分為聚四氟乙烯和TWARON。該材料具有優(yōu)異的耐高低溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性，以及良好的自潤滑性能。但材質(zhì)較軟，加工穩(wěn)定性較差，容易產(chǎn)生變形；材料受溫度的影響較大，變形波動較大。

保持架結(jié)構(gòu)如圖1所示，11個橢圓形的兜孔均勻分布，要求：單一平面外徑變動量VDcsp≤0.03 mm，單一平面內(nèi)徑變動量Vdcsp≤0.05 mm，平均外徑變動量VDcmp≤0.03 mm，平均內(nèi)徑變動量Vdcmp≤0.04 mm，壁厚變動量VKcs≤0.07 mm，兜孔等分差Vbc≤0.2 mm。

圖1 保持架結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of cage

2 原工藝及加工難點

原工藝流程為：粗磨外徑面→細(xì)車第1平面→細(xì)車第2平面→細(xì)車內(nèi)徑面→終磨外徑面→終車第1平面→終車第2平面→終車內(nèi)徑面→車倒角→鉆孔→鉸孔→去毛刺→終檢→包裝。

原加工工藝中兜孔需要經(jīng)過鉆、鉸2道工序，經(jīng)2次加工和定位，非常容易造成兜孔加工變形，加工精度較低；原工藝流程沒有考慮到溫度波動問題，因該保持架材料對溫度變化較為敏感，造成加工尺寸及精度不穩(wěn)定，而且材料自身較軟易變形，加工難度較大；傳統(tǒng)的兜孔加工采用Z5932立式鉆床，刀具采用高速鋼材料鉸刀(圖2)，精度較難保證，且刀刃容易產(chǎn)生磨損，刀具壽命短，加工后保持架容易產(chǎn)生毛刺。

圖2 傳統(tǒng)加工使用的鉸刀Fig.2 Reamer for traditional machining

3 改進(jìn)措施

3.1 工藝優(yōu)化

優(yōu)化后的工藝流程為：粗磨外徑面→細(xì)車第1平面→細(xì)車第2平面→細(xì)車內(nèi)徑面→放置1→細(xì)磨外徑面→終車第1平面→終車第2平面→編號→放置2→終磨外徑面→放置3→終車內(nèi)徑面→放置4→鉆、銑孔→去毛刺→放置后尺寸精度終檢→外觀終檢→包裝。

加工過程中各工序的注意事項見表1。

表1 加工過程各工序注意事項Tab.1 Attentions for each process during machining process

工藝優(yōu)化分析：

1)充分考慮加工溫度及加工余量對聚四氟乙烯混合材料的影響，將內(nèi)徑、外徑及平面尺寸加工到成品尺寸后再進(jìn)行兜孔加工，避免斷續(xù)切削，使加工表面無振紋，且大大減小切削抗力。

2)改變傳統(tǒng)采用Z5932立式鉆床加工兜孔的多次裝夾定位，采用數(shù)控加工中心，兜孔加工由原來的“鉆孔→鉸孔”更改為“鉆、銑孔”，保持架一次裝夾加工完成，保證了加工精度，避免了兜孔的加工變形，生產(chǎn)效率提高。

3)經(jīng)過反復(fù)實踐驗證發(fā)現(xiàn)：通過恒溫箱將保持架溫度控制在15 ℃，然后快速取出保持架進(jìn)行檢測，檢測時間不超過5 s，只有這樣才能保證聚四氟乙烯混合材料的保持架精度相對穩(wěn)定，能夠相對準(zhǔn)確地測量出保持架的各項尺寸及精度，為后續(xù)的機(jī)械加工提供有效保障。

3.2 加工模具設(shè)計

模具設(shè)計特點是將加工兜孔的位置避開，保持架內(nèi)徑、外徑被加工模具包裹，且以內(nèi)徑面定位(圖3)，定位面較大，使夾緊力相對減小，避免加工兜孔時保持架變形。

圖3 加工兜孔模具裝配圖Fig.3 Assembly diagram of machining pocket mold

3.3 刀具及加工參數(shù)的合理選用

聚四氟乙烯混合材料保持架采用數(shù)控加工中心加工，使用帶涂層的銑刀完成粗銑和精銑加工，精銑時沿兜孔輪廓走刀，精銑余量為0.1～0.3 mm，精銑主軸轉(zhuǎn)速為2 500 r/min，進(jìn)給量為200 mm/min。

4 加工效果

工藝優(yōu)化后對7批該型號保持架進(jìn)行了加工、檢測(表2)，結(jié)果表明，加工過程穩(wěn)定，質(zhì)量可控，各項精度能夠滿足工藝要求。

表2 工藝優(yōu)化前、后保持架精度對比Tab.2 Precision comparion of cages before and after process optimization mm