圆柱滚子轴承实体保持架加工工艺改进

摘要：针对圆柱滚子轴承40CrNiMoA实体保持架加工工艺中未进行锻件内部缺陷检测，铣外台阶爪后经常出现台阶爪厚度差不合格，拉方孔后保持架单一平面内、外径变动量超差的问题，提出以下改进措施：在粗车成型后增加水浸超声探伤工序；将铣外台阶爪改为磨外台阶爪，增加均磨两平面工序，将终车内径面改为磨内径面；将拉方孔安排在终磨外径面、磨内径面、车外台阶之前；并对部分工装及加工参数进行了限定。实际加工表明，改进后工艺可显著提高保持架加工精度,满足加工需求。关键词：滚动轴承;圆柱滚子轴承;保持架;加工精度;超声探伤随着我国航空发动机事业的不断发展,航空发动机高速、高温、大载荷的工况特点对发动机主轴轴承的精度要求越来越高,保持架作为轴承的重要零件,对其加工精度也提出了更严格的要求。为提高保持架强度,减轻质量,航空发动机主轴轴承多采用40CrNiMoA钢制保持架,以适应高速、高温、大载荷的工作环境,满足发动机主轴轴承与发动机同寿命要求,并提高其使用可靠性[1-5]。本文针对圆柱滚子轴承40CrNiMoA实体保持架原加工工艺中存在的问题,分析原因并提出相应的改进措施。1原保持架加工工艺1.1保持架结构某圆柱滚子轴承40CrNiMoA实体保持架结构如图1所示,材料调质后的硬度为33～37HRC,外径为166.22～166.30mm,内径为152.50～152.65mm,且外径面带外台阶,保持架兜孔圆周28等分。图1保持架结构简图Fig.1Structurediagramofcage1.2原加工工艺及存在的问题原保持架加工工艺流程为：粗车成形→调质→细车成形→细车第1平面→细车第2平面→细磨外径面→细车内径面→终磨外径面→终车内径面→车外台阶→打标记→钻孔→拉方孔→铣外台阶爪→去毛刺→光饰→劈外台阶爪(形成兜孔锁口)→动平衡→磁粉探伤→清洗→终检→镀银→动平衡→清洗→包装。该工艺存在以下问题：1)该实体保持架采用锻件加工,由于原工艺缺少对锻造后40CrNiMoA材料内部缺陷的检测,导致锻造后材料内部缺陷无法被发现,存在质量风险。2)铣外台阶爪工序经常出现台阶爪厚度差(即S1-S2)不合格(工艺要求S1-S2≤0.08mm),表明台阶爪厚度加工不均匀,一致性较差。台阶爪厚度差不合格将导致劈外台阶爪工序的兜孔锁口尺寸不合格,即兜孔锁口起不到锁住滚子的作用,易产生掉滚子的问题;也可能出现台阶爪折断,导致产品报废。3)由于该实体保持架径向壁厚较小,将拉方孔工序安排在终磨外径面、终车内径面、车外台阶工序之后,拉方孔后保持架内、外径面可能产生变形,导致保持架单一平面内、外径变动量可能超差。2改进措施2.1工艺优化优化后的工艺流程为：粗车成形→水浸超声探伤→调质→细车成形→细车第1平面→细车第2平面→均磨两平面→细磨外径面→细车内径面→打标记→钻孔→拉方孔→终磨外径面→磨内径面→车外台阶→磨外台阶爪→去毛刺→光饰→劈外台阶爪(形成兜孔锁口)→动平衡→磁粉探伤→清洗→终检→镀银→动平衡→清洗→包装。工艺优化措施：1)在粗车成形后增加了水浸超声探伤工序,检测锻造后40CrNiMoA材料的内部缺陷,规避质量隐患,保证保持架毛坯质量合格。2)为保证保持架外台阶爪厚度加工均匀一致,且外台阶爪厚度差合格,将铣外台阶爪工序改为磨外台阶爪;因保持架平面及内径面是磨外台阶爪的定位基准面,为减少加工散差,增加均磨两平面工序,将两平面平行差控制在0.01mm以内;终车内径面改为磨内径面,保持架单一平面内径变动量控制在0.015mm以内,从而保证定位基准面的精度,为磨外台阶爪工序奠定加工基础。3)将拉方孔工序安排在终磨外径面、磨内径面、车外台阶工序之前,避免拉方孔后保持架内、外径面产生变形。2.2磨保持架外台阶爪工序保障措施2.2.1工装设计磨保持架外台阶爪工装由底座、滑板、固定螺丝、定位钩、压板、定位销、螺母M20、螺母M6及轴丝9部分组成,如图2所示。首先将磨保持架外台阶爪工装底座安装在磨床的分度头上,保持架安装在底座的阶梯台阶上,用定位钩夹住保持架的外台阶;然后找准加工位置定位,采用盖板压紧保持架端面,使底座上的定位销顺畅穿过盖板的定位销孔;最后旋紧螺母M20将保持架固定在底座上并抬起定位钩。经过一次装夹即可完成保持架的外台阶爪加工,保证保持架外台阶爪加工的一致性及稳定性。1—底座;2—滑板;3—固定螺丝;4—定位钩;5—压板;6—定位销;7—螺母M20;8—螺母M6;9—轴丝。图2磨保持架外台阶爪工装装配图Fig.2Toolingassemblydrawingofgrindingcageouterstepclaw2.2.2砂轮及其加工参数的合理选用优化后的外台阶爪加工工艺采用以磨削代替铣削的方法,选用白刚玉砂轮,硬度高于棕刚玉砂轮,而且棱角比较锋利,自锐性好,切削性能好,磨削热量小,适合磨削40CrNiMoA材料。磨保持架外台阶爪采用先粗磨后精磨,粗磨的工艺参数为：砂轮转速1500～2000r/min,进给量0.03～0.08mm/r。精磨的工艺参数为：砂轮转速1500～2000r/min,进给量0.01～0.02mm/r。3实际加工效果为验证新工艺的可行性及可靠性,采用优化的工艺加工3个批次的保持架并检测其各项技术指标,结果见表1：优化后的工艺稳定、可靠,保持架单一平面内、外径变动量及外台阶爪厚度差均满足技术要求,保证了产品加工质量,提高了产品合格率。该保持架