CN103357810B - 整体式钛合金自润滑关节轴承内圈挤压成型制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种整体式钛合金自润滑关节轴承内圈挤压成型制造方法，包括如下步骤：第一步，按照要求机加工出关节轴承的钛合金外圈，并将自润滑层粘附在外圈内表面，形成成品轴承外圈；第二步，通过闭塞挤压模具对轴承内圈坯料进行闭塞挤压成型；第三步，将所述制件加工成具有一定大小的内圆柱孔且该孔直径小于成品关节轴承内圈内孔直径的内圈中间成型件；第四步，通过镦挤模具对所述内圈中间成型件进行镦挤成型，镦挤成型的同时实现内圈与外圈的装配；第五步，对实现轴承内外圈装配的内圈的两个端面和圆柱孔进行车磨加工，以获得成品自润滑关节轴承。本发明适于加工钛合金外圈-铜合金内圈自润滑关节轴承，所制造的轴承寿命长、可靠性高。

Description

整体式钛合金自润滑关节轴承内圈挤压成型制造方法

技术领域

本发明涉及自润滑关节轴承的制造方法，特别是涉及钛合金外圈-铜合金内圈的整体式自润滑关节轴承的制造方法。

背景技术

整体式自润滑关节轴承是由带外球面的内圈、带内球面的外圈和粘附在外圈内表面的自润滑层组成。整体式钛合金自润滑关节轴承，不同于整体式钢结构的关节轴承，它外圈材质为钛合金、内圈为铜合金，钛合金质量轻、比强度高，铜合金导热好，在重要的航空航天设备中，整体式钛合金自润滑关节轴承具有良好的应用前景。

但是，钛合金自润滑关节轴承制造工艺较难，因为制造过程中自润滑层不能处在热成型环境下，而常温下钛合金的屈强比高，塑性变形区小、成型回弹大、延伸率较低。这些特点使得外圈制造只能在常温下机加工进行，因此，只能采用常温下的钛合金外圈机加工-铜合金内圈挤压成型的制造工艺，同时不能破坏粘附在钛合金外圈内表面的自润滑层。

在无自润滑层的钢质整体式关节轴承制造中，通常采用外圈塑性成型的方法，使外圈包络成型在内圈上。但这种方法在成型过程中，内外圈之间存在巨大的接触挤压作用，如：文献【《轴承》1973，（6）】提出的制造方法。

用于无自润滑层关节轴承的内圈成型制造方法不适宜加工有自润滑层的整体式钛合金关节轴承，如：Lewis R.Heim于1960年提出的两种加工内圈的方法。一种是将锥面压杆逐渐压入具有近似外球面的内圈坯料中，由于压杆对坯料产生扩径作用，从而使内圈尺寸逐渐增大。这种方法在加工过程中，内圈上下扩径不同步，变形不均匀，使得工艺过程不易控制；另一种工艺是采用实心柱体坯料，挤压坯料端面，使得近似椭圆素线轮廓面逐渐向球面变形，直到坯料完全充满外圈，然后按内圈中间孔要求进行内圈钻孔加工。这种方法，坯料芯部易产生不均匀裂纹，挤压力过大，不易控制，该工艺如用于带自润滑层的轴承，易造成自润滑层破坏或内圈变形不到位。同时，以上两种成型方法，在加工过程中都存在内外圈过于抱紧或抱死状态，所以不适宜加工有自润滑层的整体式钛合金关节轴承。

因此，基于内圈铜合金良好的塑性，研究一种用于整体式钛合金自润滑关节轴承成型工艺非常有必要，以满足这种航空轴承的制造技术需求。

发明内容

针对上述存在问题，本发明提出针对钛合金外圈-铜合金内圈的整体式关节轴承挤压成型制造方法，该方法将闭塞挤压与镦挤相结合，对轴承内圈进行挤压成型，并在镦挤成型的同时实现内外圈的装配，在成型内圈过程中内外圈挤压力小，对自润滑层无损伤，成型后具有符合成品关节轴承要求的轴承游隙。

本发明通过下述技术方案实现：一种整体式钛合金自润滑关节轴承内圈挤压成型制造方法，其特征在于：包括以下步骤，

第一步，按照要求机加工出关节轴承的钛合金外圈，并将自润滑层粘附在外圈内表面，形成成品轴承外圈；

第二步，通过闭塞挤压模具对轴承内圈坯料进行闭塞挤压成型，所述的闭塞挤压模具包括凹模和凸模，所述凹模由分离的三瓣模组成，所述三瓣模可在其下面所设垫板的燕尾槽中滑动，所述垫板中部设有坯料支撑柱伸入所述三瓣模下部，三瓣模尾部安装弹簧与限位块相连，所述三瓣模外表面设有楔形面，所述三瓣模内表面素线的中间段是经过精确工艺模拟优化得到的弧线，素线两端是直线，所述凸模上段为圆柱形，下段为锥形，锥角10°～30°，所述凸模固定板上安装导柱，所述导柱中部与顶板连接，其下端与上述限位块相连，所述顶板与固定板之间设有可使顶板和凸模实现不同步运动的压缩弹簧，所述顶板可在所述压缩弹簧作用下沿所述导柱上下移动，所述顶板设有与上述三瓣模相对运动的楔形面，将轴承内圈坯料置于所述的坯料支撑柱上，底面由定位孔定位，挤压开始后，依据压制时间-位移曲线，精确控制凸模向下运动的位移量，其值范围为50～70mm，当凸模圆柱体的下端与凹模顶端面接触时，凸凹模共同形成闭塞挤压空间，5～7s后停止挤压，保压1～2s后，凸模反向运动，三瓣模逐渐分开，模具完全打开后，取出制件，该制件外表面为近似球面且最大直径小于成品轴承自润滑层内球面的最小直径，内表面为锥面；

第三步，闭塞挤压完成后，将所述制件加工成具有一定大小的内圆柱孔且该孔直径小于成品关节轴承内圈内孔直径的内圈中间成型件；

第四步，通过镦挤模具对所述内圈中间成型件进行镦挤成型，镦挤成型的同时实现内圈与外圈的装配，所述镦挤模具包括凸模和芯轴，所述芯轴下部与弹簧相连，上部与支撑板相连，所述芯轴可随所述凸模上下浮动，所述凸模由三段组成，下段为锥面，锥角10°～30°，中段为圆柱面，其直径与所述内圈中间成型件内孔直径相同，上段为圆柱面，其直径大于所述内圈中间成型件最大直径，将所述内圈中间成型件放在所述芯轴上，把加工好的成品轴承外圈套在所述内圈中间成型件外，外圈由所述支撑板支撑定位，依据压制时间—位移曲线，精确控制镦挤过程，凸模位移范围为30～50mm，待所述凸模到达最低点时，内圈外表面形成所需要的曲面，保压1～2s后，凸模反向运动，内圈坯料发生回弹后形成指定精度的球面，同时关节轴承外圈与内圈之间产生要求的游隙；

第五步，镦挤完成后，对实现轴承内外圈装配的内圈的两个端面和圆柱孔进行车磨加工，以获得成品自润滑关节轴承。

本发明采用闭塞挤压与镦挤相结合的挤压成型制造方法，不仅解决了现有的整体式关节轴承加工制造方法中，塑性成型外圈的方法不适宜加工钛合金外圈轴承的问题，同时也解决了现有的整体式关节轴承加工装配过程中，内外圈存在的较大压力会对自润滑层造成不同程度的破坏的问题。而且闭塞挤压成型内圈外表面的精度高，镦挤成型过程中同时实现内外圈的装配，所制造的轴承具有寿命长、可靠性高等特点，可完全满足航空轴承的制造技术需求。

附图说明

图1是本发明工艺流程图；

图2是本发明闭塞挤压工艺示意图；

图3是本发明闭塞挤压过程中内圈形状变化示意图；

图4是本发明镦挤工艺示意图；

图5是本发明镦挤过程中内圈形状变化示意图；

图6是闭塞挤压过程时间-位移曲线；

图7是墩挤过程时间-位移曲线。

图中：1-垫板，2-支撑柱压板，3-限位块，4-导柱，5-凸模固定板，6-凸模垫板，7-螺钉，8-下模板，9-螺钉，10-凸模，11-压缩弹簧，12-内圈坯料，13-顶板，14-拉伸弹簧，15-弹簧固定轴，16-三瓣模，17-三瓣模垫板，18-坯料支撑柱，19-内圈中间成型件，20-成品外圈，21-支撑板，22-凸模，23-螺钉，24-定位芯轴，25-芯轴压板，26-压缩弹簧，27-弹簧固定板，28-成品自润滑关节轴承，S1-闭塞挤压凸模最大位移，t1-闭塞挤压凸模下压到最大位移处时刻，t2-闭塞挤压保压终止时刻，t3-闭塞挤压完成时刻，S2-墩挤凸模最大位移，T1-墩挤凸模下压到最大位移处时刻，T2-墩挤保压终止时刻，T3-墩挤完成时刻。

具体实施方式

参见图1～7，本发明的整体式钛合金自润滑关节轴承内圈挤压成型制造方法包括以下步骤：

第一步，按照要求机加工出关节轴承的钛合金外圈，并将自润滑层粘附在外圈内表面，形成成品轴承外圈20；

第二步，通过闭塞挤压模具对轴承内圈坯料12进行闭塞挤压成型，内圈坯料为棒材下料，底部钻定位孔，闭塞挤压模具包括凹模和凸模，凹模由分离的三瓣模16组成，三瓣模16可在其下面所设垫板17的燕尾槽中滑动，垫板中部设有坯料支撑柱18伸入三瓣模下部，三瓣模尾部安装拉伸弹簧14与限位块3相连，三瓣模外表面设有楔形面，三瓣模内表面素线的中间段是经过精确工艺模拟优化得到的弧线，该弧线为椭圆线，该椭圆线长径范围为28～40mm，短径范围为20～27mm，素线两端是直线，凸模10上段为圆柱形，下段为锥形，锥角15°，凸模固定板5上安装导柱4，导柱中部与顶板13连接，其下端与限位块3相连，顶板13与固定板5之间设有可使顶板13和凸模10实现不同步运动的压缩弹簧11，顶板13可在压缩弹簧11作用下沿导柱4上下移动，顶板13设有与三瓣模16相对移动的楔形面，闭塞挤压前将内圈毛坯12放在毛坯支撑柱18上，由定位孔定位，毛坯支撑柱18由压板2固定，挤压前三瓣模16分离，尾部拉伸弹簧14处于自由状态，挤压开始后，根据闭塞挤压过程时间-位移曲线精确控制凸模10向下运动的位移量，其值范围为50～70mm，当顶板13与三瓣模16接触时，三瓣模16在顶板13的作用力下开始闭合，三瓣模尾部弹簧14被拉伸，当三瓣模16完全闭合时，顶板13与限位块3接触，压缩弹簧11开始被压缩，顶板13停止运动，此时凸模圆柱体的下端与凹模顶端面接触，凸凹模共同形成闭塞挤压空间，凸模10继续运动，5～7s后运动至最低点，停止挤压，凸模10在该位置保持1～2s后反向运动，三瓣模16在尾部拉伸弹簧14的拉伸作用下逐渐分开，模具完全打开后，取出制件，该制件外表面为近似球面且最大直径小于成品轴承自润滑层内球面的最小直径，内表面为锥面；

第三步，闭塞挤压完成后，将制件加工成具有一定大小的内圆柱孔且该孔直径小于成品关节轴承内圈内孔直径的内圈中间成型件19；

第四步，通过镦挤模具对内圈中间成型件19进行镦挤成型，镦挤成型的同时实现内圈与外圈的装配，镦挤模具包括凸模22和芯轴24，芯轴24上端部为锥面，大端直径与内圈中间成型件19内孔直径相同，芯轴24下部与弹簧26相连，上部与支撑板21相连，芯轴24可随凸模22上下浮动，凸模22由三段组成，下段为锥面，锥角15°，中段为圆柱面，其直径与内圈中间成型件19内孔直径相同，上段为圆柱面，其直径大于内圈中间成型件19最大直径，将内圈中间成型件19放在芯轴24上，把成品轴承外圈20套在内圈中间成型件19外，成品轴承外圈20由支撑板21支撑定位，开始镦挤时，依据压制时间-位移曲线，精确控制镦挤过程，当凸模22与芯轴24接触时，芯轴24在其推力作用下开始向下运动，当凸模22的圆柱中段完全进入内圈中间成型件19内孔时，凸模22的圆柱中段起到支撑内圈中间成型件19的作用。凸模22上段圆柱端面与内圈中间成型件19接触，开始镦挤内圈，当凸模22到达最低点时，停止镦挤，凸模22反向运动，内圈中间成型件19外表面形成所需要的球面，同时，内圈回弹，内外圈之间形成所要求的0.05mm游隙，完成内外圈的装配；

第五步，镦挤完成后，对实现轴承内外圈装配的内圈的两个端面和圆柱孔进行车磨加工，最终获得符合要求的成品自润滑关节轴承28。

Claims (1)

1.一种整体式钛合金自润滑关节轴承内圈挤压成型制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，按照要求机加工出关节轴承的钛合金外圈，并将自润滑层粘附在外圈内表面，形成成品轴承外圈；

第二步，通过闭塞挤压模具对轴承内圈坯料进行闭塞挤压成型，所述的闭塞挤压模具包括凹模和凸模，所述凹模由分离的三瓣模组成，所述三瓣模可在其下面所设垫板的燕尾槽中滑动，所述垫板中部设有坯料支撑柱伸入所述三瓣模下部，三瓣模尾部安装弹簧与限位块相连，所述三瓣模外表面设有楔形面，所述三瓣模内表面素线的中间段是经过精确工艺模拟优化得到的弧线，素线两端是直线，所述凸模上段为圆柱形，下段为锥形，锥角10°～30°，凸模固定板上安装导柱，所述导柱中部与顶板连接，导柱下端与上述限位块相连，所述顶板与凸模固定板之间设有可使顶板和凸模实现不同步运动的压缩弹簧，所述顶板可在所述压缩弹簧作用下沿所述导柱上下移动，所述顶板设有与上述三瓣模相对移动的楔形面，将轴承内圈坯料置于所述的坯料支撑柱上，轴承内圈坯料底面由定位孔定位，挤压开始后，依据闭塞挤压过程压制时间—位移曲线，精确控制凸模向下运动的位移量，其值范围为50～70mm，当凸模圆柱体的下端与凹模顶端面接触时，凸凹模共同形成闭塞挤压空间，5～7s后停止挤压，保压1～2s后，凸模反向运动，三瓣模逐渐分开，模具完全打开后，取出制件，该制件外表面为近似球面且最大直径小于成品轴承自润滑层内球面的最小直径，内表面为锥面；

第三步，闭塞挤压完成后，将所述制件加工成具有一定大小的内圆柱孔且该孔直径小于成品轴承内圈内孔直径的内圈中间成型件；

第四步，通过镦挤模具对所述内圈中间成型件进行镦挤成型，镦挤成型的同时实现内圈中间成型件与成品轴承外圈的装配，所述镦挤模具包括凸模和芯轴，所述芯轴下部与弹簧相连，上部与支撑板相连，所述芯轴可随所述凸模上下浮动，所述凸模由三段组成，下段为锥面，锥角10°～30°，中段为圆柱面，其直径与所述内圈中间成型件内孔直径相同，上段为圆柱面，其直径大于所述内圈中间成型件最大直径，将所述内圈中间成型件放在所述芯轴上，把加工好的成品轴承外圈套在所述内圈中间成型件外，成品轴承外圈由所述支撑板支撑定位，依据镦挤过程压制时间—位移曲线，精确控制镦挤过程，凸模位移范围为30～50mm，待所述凸模到达最低点时，内圈中间成型件外表面形成所需要的曲面，保压1～2s后，凸模反向运动，内圈中间成型件发生回弹后形成具有指定精度球面的内圈，同时成品轴承外圈与具有指定精度球面的内圈之间产生要求的游隙；

第五步，镦挤完成后，对实现轴承内外圈装配的具有指定精度球面的内圈的两个端面和圆柱孔进行车磨加工，以获得成品轴承。