非金属实体保持架铆钉孔加工工艺研究

2019-07-22李凌鑫叶亚飞陈静张振强丁健

轴承 2019年11期

李凌鑫，叶亚飞，陈静，张振强，丁健

(1.洛阳轴承研究所有限公司，河南洛阳 471039；2.河南省高性能轴承技术重点实验室，河南洛阳 471039；3.滚动轴承产业技术创新战略联盟，河南洛阳 471039)

非金属保持架成分多样，配方灵活，可添加各种润滑剂，越来越多地应用于轴承领域。常见的非金属保持架材料有尼龙、聚酰亚胺、聚四氟乙烯等。高速轴承在工作中保持架可能会承受很大的力，非金属保持架强度往往不足，易发生塑性变形，影响轴承正常转动，严重的可能导致轴承卡死，引发主轴停机甚至造成事故。为提高非金属保持架运转的可靠性，一般在保持架两端加两片金属加强环，通过铆钉将保持架与加强环铆接在一起，提高保持架的强度。目前，非金属保持架铆钉孔的位置加工精度不高，导致加强环的铆接质量差，最终影响整个轴承的性能。

1 非金属保持架铆钉孔加工难点

需要安装加强环的保持架上沿圆周均布若干个铆钉孔，铆钉孔的位置和数量与两端加强环上的孔相对应。但实际加工中，由于保持架结构的限制，保持架的铆钉孔一般都是细长孔结构，其长径比能达到5∶1以上。孔的长径比越大，加工时钻头的切削深度越大，钻头切削刃处的摆动也越大，导致铆钉孔的轴线产生偏斜(图1)，铆钉孔下端的位置可能偏向内径面、外径面,或者沿圆周方向偏斜，影响孔的等分差。加强环的厚度很薄(约为1 mm)，不存在细长孔加工中钻头摆动大的问题，孔位置精度较高。因此，保持架铆钉孔偏斜后，就会出现保持架与加强环上的孔不能一一对应，铆钉穿不进去或者偏斜的问题。

图1 铆钉孔偏斜示意图

2 常规非金属保持架铆钉孔加工方法

非金属保持架材料软，易变形，无法直接在机床上装夹，目前只能将需钻孔的保持架装入钻孔工装中，靠钳工手持工装在钻床上加工。具体实施方式如图2所示。

1—环形槽；2—导向孔；3—上盖；4—保持架；5—底座

钻孔工装由上盖和底座组成，待钻孔的保持架装在底座上，保持架内径面与底座小外径面配合，上盖与底座之间靠螺钉连接，轴向压紧保持架，以固定保持架与工装的相对位置。上盖沿圆周均布若干个导向孔，数量与保持架待加工铆钉孔一致，铆钉孔的位置度和等分差由导向孔保证，底座上有环形凹槽，避免钻头从保持架下端钻出时撞刀。加工铆钉孔时，手持装入保持架的工装置于台钻的钻头下方，调整位置，使钻头从导向孔中钻入，直至钻头从保持架下端钻出，即完成一个铆钉孔的加工，然后旋转工装，依次加工其余的铆钉孔。

保持架铆钉孔上端是钻头切入端，其位置精度靠工装保证，但钻孔工装无法保证钻头深入后不产生偏摆，因而无法保证铆钉孔下端的位置度，其位置精度较差。孔的长径比越大，钻头的偏摆越大，出现偏斜的概率越大，后期装加强环，穿铆钉时废品率越高。由于保持架铆钉孔易产生偏斜，孔的上端位置度较好，下端位置度较差，因而与加强环上孔的配合不好，只能靠调整穿铆钉方向来提高装配效率。保持架加工完成后，需要在保持架外径面上用记号笔标出铆钉孔的加工方向，后期铆钉穿入方向与铆钉孔加工方向保持一致时，上加强环与铆钉孔上端面配合好，铆钉易穿入，可以提高装配效率，但由于铆钉孔偏斜，铆接后易出现铆钉头偏斜等问题；若方向相反，从图1所示保持架下端穿铆钉，下加强环与铆钉孔下端面位置不对应，可能出现铆钉穿不进去的情况。且记号笔的标记需要用丙酮进行擦除，严重影响了轴承的装配效率和装配质量。

3 改进后铆钉孔加工方法

针对非金属保持架常规加工方法中的定位精度低，孔位置度差等缺陷，设计可在数控车床上加工铆钉孔的工装。

该工装示意图如图3所示,保持架内径面与胀胎小外径面配合，胀胎顶部设置有螺纹，该螺纹与压盖内径面的螺纹配合，保持架装入胀胎后，拧紧压盖，压盖轴向压紧保持架端面，压盖外径小于保持架铆钉孔的中心径。小外径圆度要求不大于0.02 mm，因此，非金属保持架装在该胀胎上不会影响保持架形状公差，不会造成保持架棱圆度或椭圆度超差。端面由压盖压紧，可保证保持架与工装之间位置固定，夹紧可靠。

1—压盖；2—保持架；3—胀胎；4—定位孔

该工装可以固定保持架相对于机床主轴的同心度、轴向位置和周向位置，装夹重复性好，可以将钻孔工艺改为2步进行:1)保持架第1次装夹后，加工出所有的铆钉孔，但每个铆钉孔都加工成保持架高度一半的盲孔；2)加工完成后拆下压盖和保持架，在工装定位孔中装入定位销，将保持架翻转180°后装入工装小外径，使其中一个盲孔与定位销重合，拧紧压盖进行另一面盲孔的加工，两面的盲孔最终在保持架轴向中心位置形成完整的通孔。该加工方法将一个细长孔的加工深度缩短了一半，避免了钻头切削深度过大所产生摆动对加工精度的影响，产生偏斜的概率也大大降低。

从两端面加工2个半孔形成的直通孔理论上在中心位置会有一定的加工交界线,为了避免这个问题，采用以下措施：工装在加工保持架的同一台机床上加工，加工完成后直接使用，拆下后即报废，避免了工装在机床上的安装误差；直接使用加工用的同批次、同规格的钻头作定位销，反面安装后周向定位好，2个半孔的轴线重合度高。采用两端加工方式后，铆钉孔目测不到交界线痕迹，而且后期穿铆钉不需要再进行保持架铆钉孔加工方向的标记，实现了保持架和加强环铆钉孔的万能配对，杜绝了铆钉偏斜和穿不进去的问题。

4 试验验证

以6210轴承为例，其保持架宽度为20 mm，圆周均布12个φ2.5 mm的铆钉孔，铆钉孔长径比达到了8∶1。分别取50件保持架,用2种钻孔方法进行铆钉孔加工(各含600个铆钉孔)，之后装加强环,穿铆钉进行铆接，装配时间和装配质量见表1。由于加工方法的区别，加工时间中包含机床编程和机床调整时间，2种铆钉孔加工方法中不改变铆接工艺，因此，铆接和装配时间中不含铆接设备的调试时间。