主轴轴承安装孔硬钻工艺优化

瓦房店轴承股份有限责任公司 （辽宁 116300） 王建华 邱光涛

某型号风力发电机主轴轴承的内、外圈及滚动体的材料全部是渗碳钢，外圈的外形尺寸是φ2500mm×φ2162mm×180mm，外圈端面有60个安装孔，安装孔的尺寸和表面质量要求非常严格，尺寸如图1所示。

图1

渗碳钢的热处理虽然有模具控制，但胀缩量也较难控制，微小的尺寸变化会影响到安装孔的心距，严重的会导致装不了机的重大质量问题。安装孔的要求如此严格，经过多次的工艺评审，最后决定该孔必须硬钻方可保证图样的精度要求。硬钻就是在热处理后将各个加工表面的留量进行一次硬车，修改椭圆变形（给后续的细磨工序留0.3mm的磨量）然后硬钻孔可以保证孔的心距要求。外圈渗碳、淬火后的成品热处理硬度标准是：表面硬度58～63HRC，心部硬度不低于35HRC, 端面硬度48HRC以下，成品滚道有效硬化层深度不小于5.0mm。孔的深度180mm，机械加工中通常把孔深L与孔径D之比L/D≥6的孔的加工称为深孔加工，该产品L/D=180/40=4.5，但该产品的表面硬度高，钻孔的难度绝不小于深孔钻，有关高效、高精度孔的加工备受生产厂家的关注。

无论何种硬质合金钻头钻58～63HRC的表面硬度都有一定的难度，既然成品端面硬度要求48HRC以下，首先想到了防渗剂这种先进的防渗碳材料，哪个部位需干预渗碳，就在哪个部位涂防渗剂，本产品套圈端面需干预渗碳。首先进行了干预渗碳的试验，取来一件渗碳钢的废品件做防渗碳试验，端面上均匀地涂上了防渗剂，在室温停留8h使其全部干透，然后随炉渗碳淬火，出炉后检查套圈的端面硬度为42～46HRC，完全符合主轴产品的端面硬度要求，因此我们就采用了在套圈端面上涂防渗剂的热处理渗碳方法，以降低套圈的端面硬度，有利于孔的加工。

1.两种工艺方案

关于孔的硬钻我们事先选择了两种工艺方案：①U钻一次直接钻通加工完成。②U钻两面对接加工完成。

什么是U钻？U钻也叫快速钻，就是用可换的刀片代替整体的钻头，使得加工高硬度的材料更加方便、快捷，提高生产效率。

U钻的优点：与普通钻头的区别就是U钻使用可换的刀片，分为中心刀片和周向刀片。从这个层面上看，U钻和普通硬钻的关系跟机夹车刀的关系很相似，刀具磨损后无需重磨直接更换刀片即可。并且U钻刀片的一致性更容易控制孔的尺寸；U钻的刚性好，可以采用很高的进给率，U钻钻屑多为短碎屑，可利用其内冷系统进行安全排屑，无需清理刀具上的切屑，有利于产品加工的连续性，缩短加工时间，加工效率高；相比硬钻，U钻钻出的孔精度较高，表面粗糙度值较低，公差范围小，可以代替部分镗刀的工作，尤其是冷却润滑不通畅时更加明显，而且U钻可以修正孔的位置精度，硬钻是做不到的。U钻虽然有很多优点，但U钻在数控加工中也经常出现一些问题，如：刀片损坏过快，容易折断，加工成本增加；加工时发出刺耳的尖叫声，切削状态不正常；机床抖动，影响机床的加工精度。U钻在数控机床上需灵活使用。

2.加工结果比较

（1）U钻一次直接钻通加工完成（加工方法见图2、图3）。

图2

图3

U钻一次加工完成：将工件装夹找正后用压板压紧工件，一次将孔从上端面直接钻通，经过多次的加工试验选取最优的钻削用量，整个加工过程采用三种钻削用量，钻头入口处（距端面至6mm处）硬度较高，42～46HRC，采用的机床转速较低n=600r/min，进给量较大，f=0.1mm/r，中间部分即产品的心部不低于35HRC，硬度较低，采用的机床转速较高，n=800r/min，进给量较小，f=0.08 mm/r，钻头的出口处硬度也较高，采用的钻削用量和入口处的钻削用量完全相同，将60个孔加工完后进行孔倒角工序，先上端面倒角，然后翻料进行下端面倒角，全序加工完测量下端面的相邻两孔弦长偏差最大0.5mm，不合格。孔表面粗糙度值Ra≤3.2μm，合格。相邻两孔弦长超差原因分析：U钻切削时受垂直方向力小，横向力大，机床抖动严重，再则孔的深度较深，一次钻削硬度较高、深度较深的孔，相邻两孔弦长多数时是超差的，U钻一次直接钻通不适合。

（2）U钻两面对接加工完成。U钻两次加工完成：将工件装夹找正后用压板压紧工件，将第一个孔从上端面直接钻通，其余孔只加工到一半的深度，待60个孔全部加工完成，进行上端面孔倒角工序，之后翻料从另一面加工孔，即两面对接加工孔，以第一个孔找正，因为钻孔前进行了硬车端面、外径等工序，所以产品的椭圆变形只有0.06mm，两面对接加工的接口处接的特别好，两面钻孔的钻削用量完全相同，采用两种钻削用量，钻头入口处（端面至6mm处）硬度较高，42～46HRC，采用的机床转速较低，n=600r/min，进给量较大，f=0.1mm/r，中间部分即产品的心部（硬度不低于35HRC），硬度较低，采用的机床转速较高，n=800r/min，进给量较小，f=0.08mm/r，孔钻完进行倒角，将60个孔加工完测量上下两面的相邻两孔弦长偏差最大0.3mm，表面粗糙度值Ra≤3.2μm，全部合格。

U钻两面对接加工孔的工艺方法在国外经常使用，如美国、日本等国家多采用这种方法，一定深度的孔两面对接加工可使每次钻孔的深度变浅，减小U钻对机床的抖动，提高孔的加工精度，我公司现大多数深孔钻的时候都采用两面对接的加工方法，这种工艺方法已列到工艺标准中，效果非常好，用户很满意。在实际加工中U钻刀片很容易折断，要经常检查刀片，及时更换，中心刀片和周向刀片不可装反，该产品在实际加工中我们摸索出，加工30个孔，即使刀片没有损坏，也必须更换刀片的一个刃口，以保证加工质量。

3.结语

U钻的中心高必须要校正，根据其直径大小要求控制范围，一般控制在0.1mm之内，U钻的直径越小，中心高要求越高，中心高不好U钻的两侧会磨损，孔径会偏大，刀片使用寿命缩短，小U钻的话很容易折断。U钻对切削液的要求很高，必须保证切削液从U钻的中心射出，切削液的压力要越大越好，可以将刀塔多余的出水口堵起来，保证其压力。