薄壁胶木保持架的加工
发布时间：2013-06-07 浏览次数：639
张伟1 李慧2 王东峰1
（1.洛阳轴研科技股份有限公司精密轴承制造部，河南洛阳 471039；2.烟台西蒙西轴承有限公司，山东烟台 264006）
摘 要：分析胶木保持架在浸油过程中尺寸变化对工艺尺寸加工留量的影响，合理编制各道工序并剖析部分工序的加工重点和难点，以获得稳定的工艺尺寸和精度。
关键词：滚动轴承；胶木保持架；加工工艺；浸油
薄壁胶木保持架作为控制滚动体精确运动的关键部件，具有质量轻、离心力小、噪声低、耐磨损及自润滑性能良好等特点，广泛应用于航空航天、航海、高速磨削主轴轴承及精密仪表、陀螺仪轴承等。保持架材料采用酚醛层压布管。酚醛树脂性脆，刚性好，耐热性及尺寸稳定性相对较好，但酚醛树脂分子链中存在游离态羟甲基（-CH2OH），高温下会进一步反应，导致酚醛树脂变性，因此在保持架加工过程中必须经过多次浸油，提前将不稳定因素释放。酚醛层压布管常用的加工方式有车削、钻削、铣削等。现结合一具体实例对薄壁胶木保持架的加工过程进行分析。
1 保持架结构
我公司生产的某型号薄壁胶木保持架的结构如图1所示。其外径尺寸大，壁薄，高度低，兜孔数量较多，机械强度相对较低，加工过程中尺寸及精度容易受浸油清洗、环境温度、切削力大小、工装夹具等因素的影响。大型薄壁胶木保持架的加工工艺与一般类型胶木保持架加工工艺有所不同，尤其对于端面翘曲，内、外径的切削留量，浸油前、后尺寸和精度的变化量，钻兜孔过程的控制，精车过程中刀具和角度的选择应格外注意。
2 工艺制定
通过长时间的试验与实践，制定出一套相对合理的加工工艺流程为：切毛坯（一端面倒角）→浸油→车倒角面→车切断面→粗车外径→粗车内径→二次浸油→钻兜孔、除毛刺→半精车外径→精车内径→精车外径→除毛刺→三次浸油。针对重点工艺工序进行具体的分析阐述。
（1）首先，将胶木管毛坯料切制成保持架毛坯（10件），倒角后，在10#机油中浸油20-30h。毛坯尺寸分布不规律，对浸油前、 后10件毛坯的工艺尺寸进行粗略测量（内径和外径的精度暂不重点考虑），结果发现，内、外径和高度尺寸都明显缩小，收缩率为0.4％-0.5％。且此型号保持架为薄壁，尺寸的变化量比常规保持架要大一些，因此在定制毛坯管料时，应适当增加外径留量；由于浸油后内径尺寸缩小，可相应放大内径尺寸，减少内径车削量，节约原材料。
（2）车削倒角面，以倒角面为基准面，车切断面，并倒角。再次车倒角面是因为在浸油过程中端面尺寸缩小，端面的平行差发生了变化，产生了翘曲，必须对两端面进行修正，增加此工序可避免因端面翘曲而造成对后工序加工中内径和外径精度（圆度、圆柱度）的影响。粗车内、外径时，工装夹具的选择也很重要，壁薄工件装夹时易变形，工件与夹具的接触面应尽量大，可选择胶木胎具固 定在心轴上，使之与被加工件充分接触，在加工中 避免了局部受力不均而导致被加工工件的变形。
粗车后二次浸油，同样是在10#机油中浸泡20-30h。二次浸油前、后10件保持架零件尺寸及精度平均值如表1所示。
二次浸油后尺寸的变化明显小于初次浸油的尺寸变化。收缩率为0.13％-0.15％；各项精度的变化量明显小于尺寸的变化量。据此，可以调整粗车过程中工艺留量，例如本实例中粗车外径的尺寸可增加0.2-0.25mm的留量；为减少切削量，可将内径尺寸留量减小0.2mm左右，以此制定出合理的加工留量，提高生产效率。
（3）钻兜孔。此型保持架孔多壁薄，机械强度相对较低，容易产生变形和断裂，因此在数控钻加工时，钻头一定要锋利，进给速度要适当减小，以降低切削力，保证兜孔的加工精度。同时，应合理选择钻头各个角度，螺旋角β越大，实际的工作前角就越大，前角y0的大小直接影响切削力、切削温度和钻头耐用度；切削刃越锋利，切削越省力；螺旋槽的倾斜程度大，便于切屑的排出。考虑到酚醛树脂属热固性材料，强度相对较高，把螺旋角定为β=20°，前角定为y0=15°，为了减少后刀面和已加工表面的摩擦，提高表面质量，保证钻头的强度，选择后角α0=20°左右。
（4）半精车外径，然后精车内径、外径。为保证内径精度，也为下工序精车外径，减小车削量作准备，在精车内径前增加半精车外径工序。
因为此型号轴承的引导方式为保持架外引导，对保持架外径尺寸和精度要求较为严格，增加半精车外径工序，可减少精车外径的留量，又根据酚醛层压布管的车削力公式
可知，减小切削量便可大大减小切削力，所以，对精车外径是相当有利的。另外，钻兜孔工序在精车之前，精车时由于保持架兜孔的影响，保持架外圆的抗力不一致，（兜孔和两兜孔间梁的抗力不一致），必然造成精车后外径圆度不好而影响加工质量，通过增加半精车外径工序可有效减小外径精度的散差；同时， 提高机床主轴转速也可 以获得相对理想的尺寸精度。精车过程中，根据被加工材料的性质，合理选择刀具及其几何角度尤为重要。精车要求表面质量高，所以刀具刃口要锋利，振动要小，可选择前角y0=10°左右，为减小后刀面对加工表面的摩擦，选择后角α0 =20°。
精车结束后，进行第三次浸油。目的是为了Z终消除加工过程中产生的应力，保证尺寸的稳定性，因此可将油温降低到100℃左右，浸油时间可延长到36h。第三次浸油结束后，通过检验，尺寸相对稳定，变化很小，收缩率为0.02％-0.025％，且精度基本没有变化。根据经验，精车时尽量将外径尺寸保证在下偏差范围内，以防止浸油后外径因吸收空气中的水分而涨大。
3 结束语
此套加工工艺流程，使得各工序的加工留量更为合理，并能有效保证薄壁胶木保持架的各工艺参数及精度，提高了产品的加工质量。
参考文献：
[1]范忠仁．塑料的机械加工[M]．北京：化学工业出版社，1989．
来源：《轴承》2009年3期
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