鋼制保持架兜孔加工用拉刀的改進(jìn)設(shè)計(jì)

賈峰一，郭曉玉，胡俊卿，常永紅，徐長(zhǎng)鑫

(洛陽(yáng)LYC軸承有限公司，a.031軸承廠；b.技術(shù)中心，河南 洛陽(yáng) 471039)

1 產(chǎn)品特點(diǎn)

圓柱滾子軸承實(shí)體保持架多采用40CrNiMoA材料，新型40CrNiMoA軸承實(shí)體保持架具有材質(zhì)輕、強(qiáng)度高，韌性和淬透性好，抗過(guò)熱穩(wěn)定性強(qiáng)，耐磨性能優(yōu)越等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理能獲得良好的綜合力學(xué)性能，但相比以往的銅合金材料其機(jī)械加工工藝性能較差。此類型保持架形狀復(fù)雜，保持架兜孔為正方形拉孔成形，其代表結(jié)構(gòu)如圖1所示。保持架對(duì)兜孔底高厚度變動(dòng)量VS1；保持架兜孔側(cè)壁至基準(zhǔn)端面的厚度變動(dòng)量VSs；保持架兜孔間梁寬變動(dòng)量Vbcs等都有較高的精度要求。為保證加工表面的粗糙度要求，產(chǎn)品需鍍銀，保持架兜孔拉孔后表面粗糙度Ra為1.0～1.6 μm。另外，為保證產(chǎn)品運(yùn)行中的動(dòng)態(tài)平衡，要控制保持架外徑及外臺(tái)對(duì)保持架內(nèi)徑的厚度變動(dòng)量。

圖1 保持架結(jié)構(gòu)

由于保持架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和精度要求，對(duì)兜孔的尺寸、位置精度和兜孔表面加工質(zhì)量要求較高。以前對(duì)保持架兜孔進(jìn)行多次拉削的加工，始終無(wú)法解決切屑粘刀、拉刀掉塊、刀具使用壽命短及兜孔表面撕裂等問(wèn)題。因此，對(duì)拉刀的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

2 拉刀材料選擇

改進(jìn)前保持架兜孔加工用拉刀參照拉削銅質(zhì)保持架的拉刀設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，刀具材料采用W18Cr4V，但此種材料拉刀在加工過(guò)程中非常容易磨損，一般加工兩三套產(chǎn)品(一個(gè)型號(hào)16～20個(gè)兜孔)，刀具就會(huì)出現(xiàn)磨損，在兜孔表面出現(xiàn)積屑瘤樣的鱗狀斑，有一定凸度，嚴(yán)重影響兜孔表面粗糙度，加工后經(jīng)檢測(cè)兜孔表面粗糙度Ra僅為4.0 μm，且VS1，VSs和Vbcs等也達(dá)不到產(chǎn)品規(guī)定的要求。

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，拉刀材料選用W2Mo9Cr4VCo8(簡(jiǎn)稱M42)，此種材料為鎢鉬系高碳含鈷超硬型高速鋼，具有較高的熱穩(wěn)定性、高紅硬性、易磨削等特點(diǎn)，加工超高強(qiáng)度鋼等難加工材料時(shí)表現(xiàn)出良好的切削性能，但韌性稍差。用此材料制造的精密拉刀克服了原W18Cr4V刀具出現(xiàn)的磨損等問(wèn)題，保證了兜孔表面加工的精度要求。M42與W18Cr4V金屬元素含量對(duì)比如表1所示。

表1 M42與W18Cr4V成分對(duì)比 %

3 拉刀的設(shè)計(jì)

改進(jìn)前拉刀結(jié)構(gòu)如圖2所示。為了降低兜孔表面粗糙度、提高兜孔加工精度，對(duì)拉刀進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。將拉刀由一把改為兩把甚至多把，降低每個(gè)刀齒的切削量，改善拉削條件；拉刀長(zhǎng)度縮短，更好地保證了刀體的直線性，保證了拉刀在刃磨和拉削過(guò)程中有足夠的抗拉強(qiáng)度和剛性，延長(zhǎng)了拉刀的使用壽命。改進(jìn)后拉刀結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 改進(jìn)前拉刀結(jié)構(gòu)

圖3 改進(jìn)后拉刀結(jié)構(gòu)

在拉刀的結(jié)構(gòu)參數(shù)上，針對(duì)加工材料的不同選用了不同的切削齒(粗拉齒、精拉齒和校正齒)參數(shù)。其中，粗拉齒進(jìn)行粗拉加工，其齒形由圓齒過(guò)渡到方齒，切削開(kāi)始為圓周方向，切削力較大，最大限度地減少齒升量以降低切削力，其齒升量為0.01～0.02 mm，齒距為3.5～4 mm，保證足夠的容屑空間；在切削刃圓齒部每齒開(kāi)3個(gè)斷屑槽，間隔120°，前、后齒相互交錯(cuò)；隨著切齒逐步過(guò)渡到方齒時(shí)，切削量相對(duì)較小，所受的切削力逐漸降低，其齒升量慢慢增加到0.03～0.04 mm。當(dāng)接近成形孔階段時(shí)，拉削為對(duì)齒拉削，即精拉削階段，此時(shí)精拉齒每齒的齒升量為0.02 mm。校正齒主要用于提高拉孔過(guò)程中被加工孔的幾何精度和表面粗糙度，每齒之間沒(méi)有切削量，起光整作用，齒數(shù)設(shè)計(jì)為20個(gè)齒左右；校正齒的尺寸比最后的切削刃部尺寸適當(dāng)加大，即將擠壓加工作為最后的精加工，利用金屬的塑性，使兜孔表面在拉力和壓力的共同作用下發(fā)生形變，以提高兜孔表面粗糙度、表面硬度和精度。

刀具改進(jìn)前、后保持架兜孔檢測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)對(duì)比如表2所示。

表2 兩種刀具所加工保持架的參數(shù)對(duì)比

另外，保持架兜孔精度與拉削前內(nèi)、外表面的加工質(zhì)量、鉆孔的加工精度密切相關(guān)，若鉆孔后的尺寸精度、兜孔相互差超差，則拉孔后VS1，VSs，Vbcs等值都會(huì)受到相應(yīng)的影響。因此，在鉆孔前增加磨雙端面、磨外徑等工序，在鉆孔后增加了鏜孔工序，以更好地保證兜孔的尺寸和位置精度。

通過(guò)對(duì)拉刀材料及設(shè)計(jì)上的改進(jìn)，解決了40CrNiMoA鋼制保持架機(jī)械加工中存在的問(wèn)題，使兜孔表面粗糙度及加工精度得到明顯提高，達(dá)到了產(chǎn)品精度要求。