平底推力球轴承实体保持架加工工艺优化

曹阳，刘颖志，李颖，孙丽杰

(1.中国航发哈尔滨轴承有限公司，哈尔滨 150027；2.哈尔滨电力职业技术学院,哈尔滨 150030)

1 保持架结构特点

某系列液压泵用平底推力球轴承使用的实体保持架结构如图1所示，保持架材料为QAl10-3-1.5[1]，在保持架的上、下两平面上加工兜孔，要求：兜孔尺寸为9.1～9.2 mm；锁口尺寸为7.7～7.8 mm，锁口角度为40°；钢球凸出基准面尺寸为6.5～6.6 mm(需控制兜孔深度)；圆周26等分；兜孔表面粗糙度Ra≤1.25 μm。

图1 保持架结构示意图Fig.1 Structure diagram of cage

锁口的作用是将钢球托住，使其不掉落，但实际使用中发现该结构的保持架很容易产生掉球现象。锁口尺寸不稳定，加工精度不高是主要原因，导致产品合格率低。

2 原工艺存在的不足

保持架原工艺流程为：车成形→细车第2平面→终车内径面→钻孔→初铰孔→终铰孔→终车两平面(第1,2平面)→终车外径面→车倒角→铣口→去毛刺→光饰→酸洗→终检→包装。

此加工工艺将终车两平面工序安排在钻、铰孔工序之后，由于保持架兜孔位置在端面上，并且兜孔是带锁口的，尤其是铰孔时的兜孔深度难控制，深则终车两平面后出现掉球现象，浅则装配时无法合套；并且加工保持架兜孔的刀具是由操作者手工磨成形，因此铰孔时刀具磨损较快，磨刀频率高，直接影响兜孔的尺寸及兜孔锁口的尺寸稳定，锁口形状难以保证。另外，原加工工艺的保持架兜孔表面质量差，容易产生毛刺，达不到工艺技术要求，产品合格率低，生产效率低。上述任何一种加工问题，都会导致产品不可修复而报废，严重影响生产和效益。

3 改进措施

3.1 工艺优化

优化后的工艺流程为：车成形→终车两平面→粗磨外径面→精车内径面(达到成品尺寸要求)→钻兜孔→(粗、精)铣兜孔→终车外径面→车倒角→铣口→去毛刺→光饰→酸洗→终检→包装。

工艺优化后的特点：

1)将终车两平面安排在钻、铣兜孔工序之前完成，此时的平面尺寸已是成品尺寸，兜孔深度易于掌握，加工成形的兜孔锁口尺寸即为成品尺寸，可保证装配时100%的合套率，并避免出现掉球问题。

2)减少了钻、铣兜孔工序中的加工余量，原工艺轴向加工余量为3.5 mm，改进后轴向加工余量为2.4 mm，大大降低了钻头、铣刀的磨损率，提高了刀具的使用寿命。

3)优化后增加精车内径面工序，在一定程度上提高了内径的几何精度和尺寸精度；增加了粗铣兜孔工序，精铣留量为0.15～0.20 mm，精铣后兜孔尺寸及加工精度稳定，尺寸公差小，兜孔表面质量得到有效保证，达到工艺技术要求。

4)采用数控加工中心机床代替原有的钻床加工兜孔，利用成形铣刀完成兜孔的粗铣和精铣，使保持架兜孔锁口经过一次装夹即可完成加工，加工精度和生产效率明显提高。

3.2 模具设计

设计保持架专用夹具如图2所示，该模具使保持架内径面和两平面同时定位，盖板压紧，六角螺栓紧固。通过模具保证了保持架所有兜孔中心圆的轴线与保持架内径的中心轴线同轴度满足技术要求。

图2 加工兜孔模具装配图Fig.2 Assembly diagram of mold for machining of pocket

3.3 刀具及加工参数的合理选用

采用高速钢手工磨削铰刀加工，很难保证兜孔锁口的角度要求，且刀刃容易产生磨损，影响刀具使用寿命。改进后保持架兜孔加工采用数控机床，使用带涂层的硬质合金铣刀完成粗铣和精铣加工，成形铣刀头部角度为40°，保证了保持架兜孔锁口的角度；成形铣刀螺旋角为35°，前角为15°，Ⅰ后角为15°，Ⅱ后角为28°，进一步提高兜孔的表面质量；粗铣加工工序中，主轴转速为1 500 r/min，进给量为70 mm/min；精铣加工工序中，主轴转速为2 000 r/min，进给量为50 mm/min。

4 加工效果

为验证工艺改进的可行性及可靠性，对5个批次的保持架进行加工试验，检测结果见表1。结果表明：加工过程稳定，质量可控，兜孔尺寸、锁口尺寸及兜孔各项精度能够满足工艺要求。

表1 工艺优化前、后保持架各项精度对比Tab.1 Comparison of precision of cages before and after process optimization

优化后的工艺稳定、可靠，解决了由于平底推力球轴承实体保持架兜孔锁口尺寸精度不够导致的掉球问题，保证了产品加工质量，降低了生产成本，提高了产品合格率和生产效率。