滚动轴承静音浪形保持架成型凸模加工工艺

■ 洛阳轴承研究所有限公司 （河南 471039） 杨立光

目前，人们对电器的静音性能要求越来越高，在家电的使用过程中，轴承的振动和噪声极大地影响着家电的静音性能。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚子和保持架四部分组成，而保持架是引起轴承振动和噪声的主要原因。

国内外对保持架的研究主要是以降低轴承噪声为目的，以量大面广的浪形保持架为研究对象，国外著名的轴承公司对保持架的制造工艺和设计参数一直在做不断的优化和改进，已经研制出各种结构的静音保持架，但我国对特殊保持架设计制造技术较为落后，对于有特殊要求的保持架的设计应用还停留在研究阶段。由于人们对设备及电器的降噪要求越来越高，因此，对保持架的设计要求也越来越高。保持架作为我国静音轴承研究的一个薄弱环节，制约着我国轴承降噪技术的发展。

1. 静音保持架结构

本文所述静音浪形保持架结构已设计成型，但由于其结构的特殊性，使用冲压成型的凸模不易加工，因此，本文主要对此种保持架的加工工艺进行研究。静音浪形保持架结构如图1所示，由球兜6和平面1依次相联构成。球兜6中间是球带2，两侧是直线带3，球带2和直线带3相切，球兜6和平面1之间分别由过渡倒角构成保持架的联接。平面上设有铆孔5，利用铆钉将上、下两个静音保持架及兜孔内的滚动体联接在一起。

图1 静音浪形保持架

与传统保持架结构相比，静音保持架的结构使得滚动体在球兜内只与两侧直线带接触，减小滚动体与保持架的接触面积，可显著降低滚动体和保持架之间的摩擦。在球带处可以存储润滑油，使滚动体在运动过程中获得充足的润滑。这种结构可以显著地降低保持架与滚动体的碰撞噪声和摩擦噪声。

2. 成型凸模加工难点

本文提出的静音浪形保持架的加工工艺与传统浪形保持架加工工艺相同，采用冲压成型的工艺。然而，由于静音保持架兜孔是两圆弧相联的结构特点，其加工难点在于成型模具的凸模加工制造。凸模结构如图2所示，由头部、柄部和整体弧度三部分构成，因其头部是由球带曲面和两段直线曲面带拟合而成，加工难度较大。球带与直线带的交界曲线是一条空间曲线，加之头部侧面结构两侧是两个同心圆弧面，此结构对冲头的成型制造带来了较大的挑战。凸模→冲头抛光修整。

图2 成型模凸模

（1）数控铣床加工紫铜电极。凸模冲头是组合曲面零件，需要三维绘图软件进行自动编程。本文使用Pro/E创建凸模冲头制造模型，进行数控模拟加工，利用后处理器生成NC代码，如图3所示。将NC程序导入到数控铣床加工中心，选用合适的铣削参数和刀具加工紫铜电极。

另外，成型模具在保持架预成型后一次冲压成型，需要一定量的冲头。考虑到轴承保持架的冲压成型批量要求，对凸模冲头材质的强度、硬度提出了更高的要求，根据设计要求选用硬质合金材料，但硬质合金工件依靠一般的机械加工很难实现。

针对以上问题，为了解决此种静音保持架的冲压要求，对凸模进行加工工艺分析，提出合理方案，经济高效地解决这一难题。

3. 成型凸模加工工艺分析

由于冲头结构的复杂性，用一般的机械加工设备不易实现。鉴于硬质合金材料的高硬度特性，在考虑生产成本的前提下，使用中间过渡件配合粉末冶金实现此种冲头的批量生产。结合我部门车间现有钻铣加工中心和电火花成型机，本文所提出的加工思路可以实现对此种静音保持架冲头的加工。加工工艺路线如下：加工紫铜电极→电火花机加工冲头→粉末冶金加工硬质合金

图3 数控仿真加工轨迹

（2）电火花加工硬质合金冲头凹模。使用ATC（自动电极交换装置）的数控电火花机床的操作过程：机床在开机后，先回到机械原点；然后装夹工件，将基准球固定在工作台X、Y行程范围内任意位置；把要加工的电极装入ATC电极库，将基准电极插入主轴夹头；通过手动控制完成基准电极中心对工件零点的定位；接着完成基准电极对基准球的中心定位，将基准电极的中心偏移量记忆。使用自动编程软件制作程序，首先输入使用的电极号、加工深度，执行检索加工条件；再制作测量加工电极中心偏移量的程序与加工程序组合，保存制作好的程序；最后调出程序执行即可开始加工，通过粗加工、半精加工和精加工三次电火花加工，将凹模冲头加工到所需尺寸。

（3）凹模加工冲头。硬质合金是一种主要由硬质相和粘结相组成的粉末冶金产品。硬质相很硬，主要是各种碳化物。其主要碳化物有：碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）和碳化铌（NbC）。在大部分情况下，钴作为粘结相使用。在硬质合金工厂，硬质合金需经过混合、压制和烧结。将硬质合金粉末以适当比例混合完成，装入到凹模进行压制，然后烧结出冲头工件。

（4）冲头的抛光修整。对烧结出的凸模冲头进行抛光处理，按加工工艺图样的尺寸要求检查冲头，进行适当的修整。

4. 结语

针对高硬度异型结构的零部件，采用常规机加工无法实现的加工方法，通过电加工制作所需凹模，之后在凹模内采用烧结成型的方法加工出批量零部件，保证了零部件尺寸的一致性和经济可行性。

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