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滾動(dòng)軸承靜音浪形保持架成型凸模加工工藝研究

2018-11-02

楊立光
（洛陽軸承研究所有限公司）

　　目前，人們對(duì)電器的靜音性能要求越來越高，在家電的使用過程中，軸承的振動(dòng)和噪聲極大地影響著家電的靜音性能。滾動(dòng)軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾子和保持架四部分組成，而保持架是引起軸承振動(dòng)和噪聲的主要原因。

　　國內(nèi)外對(duì)保持架的研究主要是以降低軸承噪聲為目的，以量大面廣的浪形保持架為研究對(duì)象，國外著名的軸承公司對(duì)保持架的制造工藝和設(shè)計(jì)參數(shù)一直在做不斷的優(yōu)化和改進(jìn)，已經(jīng)研制出各種結(jié)構(gòu)的靜音保持架，但我國對(duì)特殊保持架設(shè)計(jì)制造技術(shù)較為落后，對(duì)于有特殊要求的保持架的設(shè)計(jì)應(yīng)用還停留在研究階段。由于人們對(duì)設(shè)備及電器的降噪要求越來越高，因此，對(duì)保持架的設(shè)計(jì)要求也越來越高。保持架作為我國靜音軸承研究的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，制約著我國軸承降噪技術(shù)的發(fā)展。

　　一、靜音保持架結(jié)構(gòu)

　　本文所述靜音浪形保持架結(jié)構(gòu)已設(shè)計(jì)成型，但由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，使用沖壓成型的凸模不易加工，因此，本文主要對(duì)此種保持架的加工工藝進(jìn)行研究。靜音浪形保持架結(jié)構(gòu)如圖1所示，由球兜6和平面1依次相聯(lián)構(gòu)成。球兜6中間是球帶2，兩側(cè)是直線帶3，球帶2和直線帶3相切，球兜6和平面1之間分別由過渡倒角構(gòu)成保持架的聯(lián)接。平面上設(shè)有鉚孔5，利用鉚釘將上、下兩個(gè)靜音保持架及兜孔內(nèi)的滾動(dòng)體聯(lián)接在一起。

圖1 靜音浪形保持架
1.平面；2.球帶；3.直線帶；4.過渡倒角；5.鉚孔；6.球兜

　　與傳統(tǒng)保持架結(jié)構(gòu)相比，靜音保持架的結(jié)構(gòu)使得滾動(dòng)體在球兜內(nèi)只與兩側(cè)直線帶接觸，減小滾動(dòng)體與保持架的接觸面積，可顯著降低滾動(dòng)體和保持架之間的摩擦。在球帶處可以存儲(chǔ)潤滑油，使?jié)L動(dòng)體在運(yùn)動(dòng)過程中獲得充足的潤滑。這種結(jié)構(gòu)可以顯著地降低保持架與滾動(dòng)體的碰撞噪聲和摩擦噪聲。

　　二、成型凸模加工難點(diǎn)

　　本文提出的靜音浪形保持架的加工工藝與傳統(tǒng)浪形保持架加工工藝相同，采用沖壓成型的工藝。然而，由于靜音保持架兜孔是兩圓弧相聯(lián)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其加工難點(diǎn)在于成型模具的凸模加工制造。凸模結(jié)構(gòu)如圖2所示，由頭部、柄部和整體弧度三部分構(gòu)成，因其頭部是由球帶曲面和兩段直線曲面帶擬合而成，加工難度較大。球帶與直線帶的交界曲線是一條空間曲線，加之頭部側(cè)面結(jié)構(gòu)兩側(cè)是兩個(gè)同心圓弧面，此結(jié)構(gòu)對(duì)沖頭的成型制造帶來了較大的挑戰(zhàn)。

圖2 成型模凸模

　　另外，成型模具在保持架預(yù)成型后一次沖壓成型，需要一定量的沖頭?？紤]到軸承保持架的沖壓成型批量要求，對(duì)凸模沖頭材質(zhì)的強(qiáng)度、硬度提出了更高的要求，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用硬質(zhì)合金材料，但硬質(zhì)合金工件依靠一般的機(jī)械加工很難實(shí)現(xiàn)。

　　針對(duì)以上問題，為了解決此種靜音保持架的沖壓要求，對(duì)凸模進(jìn)行加工工藝分析，提出合理方案，經(jīng)濟(jì)高效地解決這一難題。

　　三、成型凸模加工工藝分析

　　由于沖頭結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，用一般的機(jī)械加工設(shè)備不易實(shí)現(xiàn)。鑒于硬質(zhì)合金材料的高硬度特性，在考慮生產(chǎn)成本的前提下，使用中間過渡件配合粉末冶金實(shí)現(xiàn)此種沖頭的批量生產(chǎn)。結(jié)合我部門車間現(xiàn)有鉆銑加工中心和電火花成型機(jī)，本文所提出的加工思路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)此種靜音保持架沖頭的加工。加工工藝路線如下：加工紫銅電極→電火花機(jī)加工沖頭→粉末冶金加工硬質(zhì)合金凸模→沖頭拋光修整。

　　1、數(shù)控銑床加工紫銅電極

　　凸模沖頭是組合曲面零件，需要三維繪圖軟件進(jìn)行自動(dòng)編程。本文使用Pro/E創(chuàng)建凸模沖頭制造模型，進(jìn)行數(shù)控模擬加工，利用后處理器生成NC代碼，如圖3所示。將NC程序?qū)氲綌?shù)控銑床加工中心，選用合適的銑削參數(shù)和刀具加工紫銅電極。

圖3數(shù)控仿真加工軌跡

　　2、電火花加工硬質(zhì)合金沖頭凹模

　　使用ATC（自動(dòng)電極交換裝置）的數(shù)控電火花機(jī)床的操作過程：機(jī)床在開機(jī)后，先回到機(jī)械原點(diǎn)；然后裝夾工件，將基準(zhǔn)球固定在工作臺(tái)X、Y行程范圍內(nèi)任意位置；把要加工的電極裝入ATC電極庫，將基準(zhǔn)電極插入主軸夾頭；通過手動(dòng)控制完成基準(zhǔn)電極中心對(duì)工件零點(diǎn)的定位；接著完成基準(zhǔn)電極對(duì)基準(zhǔn)球的中心定位，將基準(zhǔn)電極的中心偏移量記憶。

　　使用自動(dòng)編程軟件制作程序，首先輸入使用的電極號(hào)、加工深度，執(zhí)行檢索加工條件；再制作測(cè)量加工電極中心偏移量的程序與加工程序組合，保存制作好的程序；Z后調(diào)出程序執(zhí)行即可開始加工，通過粗加工、半精加工和精加工三次電火花加工，將凹模沖頭加工到所需尺寸。

　　3、凹模加工沖頭

　　硬質(zhì)合金是一種主要由硬質(zhì)相和粘結(jié)相組成的粉末冶金產(chǎn)品。硬質(zhì)相很硬，主要是各種碳化物。其主要碳化物有：碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）和碳化鈮（NbC）。在大部分情況下，鈷作為粘結(jié)相使用。在硬質(zhì)合金工廠，硬質(zhì)合金需經(jīng)過混合、壓制和燒結(jié)。將硬質(zhì)合金粉末以適當(dāng)比例混合完成，裝入到凹模進(jìn)行壓制，然后燒結(jié)出沖頭工件。

　　4、沖頭的拋光修整

　　對(duì)燒結(jié)出的凸模沖頭進(jìn)行拋光處理，按加工工藝圖樣的尺寸要求檢查沖頭，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?/div>

來源：《金屬加工（冷加工）》2018年收錄