圆柱滚子轴承青铜保持架加工工艺改进

2016-07-26李迎丽武伟范继成

轴承 2016年12期

李迎丽，武伟，范继成

(中航工业哈尔滨轴承有限公司，哈尔滨 150000)

现行圆柱滚子轴承产品中，实体车制保持架材料多采用硬铝(YL)、青铜(QSi或QAL)、黄铜(HPb)、合金钢(40CrNiMoA)等。目前保持架兜孔过梁处锁口加工有剁口、铣拉成形、滚压成形等，其中，青铜保持架锁口以滚压成形居多，锁口轴向宽度1.2～2.0 mm。

青铜保持架制造过程涉及车削、钻铣削、拉削、磨削、滚锁口等多个工序，过程复杂、装夹次数多，机械加工形成的应力分布、应力叠加及表面冷作硬化层等，使滚锁口后在滚压表面出现微裂纹，该裂纹肉眼难以发现，要在40倍以上体式放大镜下才可以观察到[1]。

国内对轴承保持架机械加工应力消除方面缺乏必要的基础研究，特别是对高性能航空轴承保持架，机械加工中高应力的存在，对轴承整体性能和工作可靠性是一种潜在的危害，因此，有必要开展青铜保持架加工应力与保持架滚锁口质量的关联性研究，固化该类保持架工艺方法[2]。

1 问题的提出

滚锁口加工的圆柱滚子轴承青铜保持架，根据锁口部位的不同，可分为内径滚锁口(图1a)和外径滚锁口(图1b)，其一般加工工艺流程为：成形(粗车端面、粗车外径面、钻孔、切断)→粗磨外径面→细车两端面→细车内径面→钻铣孔→拉方孔→终磨外径面→终车内径面→车台阶/槽、倒角→去毛刺→光饰→滚锁口→荧光渗透探伤→酸洗→终检→包装。

图1 圆柱滚子轴承青铜保持架结构

按照上述流程加工，滚锁口后在42倍体式放大镜下检查，发现锁口表面存在微裂纹，形貌如图2所示。滚锁口采用R0.8 mm的滚轮(图3)。

图2 锁口裂纹形貌(42×)

图3 滚轮结构示意图

由于其余加工工序一切正常，仅滚锁口后发现锁口表面有微裂纹，分析认为，机械加工形成的应力分布及应力叠加、表面冷作硬化层，是产生锁口裂纹的主要因素。

2 试验分析

针对存在的问题，从去应力退火与加工表面硬度的关系和去应力退火与塑性成形加工的关系两方面进行分析，研究去应力退火对保持架锁口质量的影响。

2.1 铝青铜QAL10-3-1.5冷作硬化值对比

以A型铝青铜QAL10-3-1.5保持架为例，该材料保持架经机械加工后表面硬度检测值为214～268 HB，与QAL10-3-1.5保持架原材料入厂验收硬度标准相比，远超出YS/T 649—2007《铜及铜合金挤制棒》规定的范围130～190 HB。

2.2 去应力退火对加工表面硬度的影响

金属热处理手册中没有给出可供借鉴铝青铜QAL10-3-1.5，QAL10-4-4的去应力退火工艺，因此，在不同的工艺温度下开展退火试验验证。试验设备为中温硝盐等温淬火炉；样件为A型铝青铜(QAL10-3-1.5)保持架。在不同退火工艺下得到工件表面硬度变化见表1。

表1 去应力退火与工件表面硬度的变化关系

由表1可知，保持架表面加工硬化层和硬度值随去应力退火温度的提高逐渐下降。520 ℃退火后，工件表面硬度值趋近原材料入厂检验值，550 ℃退火后，零件表面硬度值已经与入厂检验值相当。

2.3 去应力退火与塑性成形性能(锁口滚压质量)试验

对A型铝青铜保持架试验件(包括A1～A14退火件和B1～B4未退火件)进行滚压锁口试验，结果见表2。

表2 锁口滚压试验结果Tab.2 Results of rolling verification of lock hole

由表2可知，当去应力退火温度在520 ℃及以上时，不论滚轮R值大小，保持架滚压后均未出现锁口开裂现象；当退火温度低于520 ℃或未经去应力退火，不论滚轮R值大小，保持架滚压锁口均有不同程度的裂纹。典型裂纹形貌如图4所示。

(a)A1裂纹形貌(46×)

(b)A6裂纹形貌(60×)

2.4 抗拉强度试验

按标准制作8个铝青铜QAL10-3-1.5棒拉伸试样，分2组(每组4个试样)试验。第1组试样为原材料状态；第2组试样经去应力退火处理(退火温度520 ℃，保温时间40 mim)。2组试样拉伸试验结果见表3。

表3 抗拉强度试验

由表3可知，去应力退火后，材料抗拉强度没有明显变化，但断后延伸率明显改善，材料综合力学性能有一定提高，测试结果全部符合YS/T 649—2007标准要求。

3 工艺改进方法

由试验分析结果可知：1)青铜保持架在机械加工后，表面冷作硬化现象明显，在后续塑性变形过程中极易产生裂纹等缺陷；2) 去应力退火可以有效解决青铜保持架塑性成形(滚锁口)中的裂纹缺陷，且不会影响材料综合力学性能。因此，对原工艺进行改进，在去毛刺后增加去应力退火工序，可以实现滚压后的锁口圆滑无裂纹，有效保证锁口的滚压质量。