CN103506822B - 一种耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法 - Google Patents

Abstract

一种耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法，本发明在加工毛坯料内外径时采用工装装夹工件，防止工件在装夹中变形，车削加工中统一定位基准，一次定位加工到尺寸要求后再拆卸工装，保证了保持架内外径同心度和圆度，同时对工件进行退火处理减小了聚酰亚胺复合材料成型过程中的热应力，材料的抗拉强度、宽温度范围内的尺寸稳定性以及加工性能得以进一步提升，进一步，本发明采用YT15、YG合金车削刀具以及YG合金钻头，通过合适的切削参数使得保持架无振纹和裂纹、光洁度高以及尺寸精度高，在钻削兜孔时采用数控兜孔钻床和工装，保证了保持架兜孔共面性、对称性以及分度均匀性，使加工的保持架具有高的尺寸精度和良好的形位公差。

Description

一种耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法

【技术领域】

本发明涉及机械加工领域，尤其涉及一种轴承保持架的加工方法，具体涉及一种耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法。

【背景技术】

已知的，轴承的作用是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数，而且轴承是各类机械装备的重要基础零部件，它的精度、性能、寿命和可靠性对主机的精度、性能、寿命和可靠性起着决定性的作用。在机械产品中，轴承属于高精度产品，不仅需要数学、物理等诸多学科理论的综合支持，而且需要材料科学、热处理技术、精密加工和测量技术、数控技术和有效的数值方法及功能强大的计算机技术等诸多学科为之服务，因此轴承又是一个代表国家科技实力的产品。

而影响轴承使用寿命长短、运行精度高低和综合使用性能的关键部件是轴承的保持架，特别是耐高温聚酰亚胺复合材料保持架（长期使用温度不低于300℃），由于其具有抗拉强度高、高温强度保持率高、质轻、低摩擦、耐磨损等特性，可替代金属合金材料应用于高温高速轴承保持架领域，但由于其具有硬度大、质脆，断裂伸长率较低、韧性较差等特点，在采用传统普通热塑性聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法时易发生崩裂、脆断，同时加工出的保持架表面粗糙度差，无法保证保持架尺寸精度和形位公差，无法应用于高速高温轴承领域。

那么如何提供一种耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法就成了本领域技术人员长期的技术诉求。

【发明内容】

为了克服上述技术的不足，本发明提供了一种耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法，本发明通过对工件进行粗加工车削、退火处理、精加工车削、钻兜孔和去毛刺步骤得到耐高温聚酰亚胺复合材料保持架本发明解决了耐高温聚酰亚胺复合材料保持架加工时易崩裂、表面易产生振纹、粗糙度差等缺点，保证了保持架的尺寸精度和形位公差。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法，所述加工方法具体包括如下步骤：

第一步、准备好热压成型的毛坯料；

第二步、在第一步的基础上，将备好的毛坯料在车床上进行粗车，由于热压成型的毛坯料外圆尺寸不一致，同时为避免工件在装夹时产生较大塑性变形，选用酚醛压布料材质的工装装夹工件，工件和工装过盈配合，过盈量为0.02～0.03mm，然后对毛坯料进行粗车，通过粗车把不规则毛坯料加工成尺寸统一的工件；

第三步、将粗车后的工件置于加热炉中进行退火处理，退火处理工艺如下：

；

第四步、对退火处理后的工件进行精加工车削，在精车时使用酚醛压布料材质的工装进行装夹工件，装夹时工件与工装配合间隙为0.01～0.02mm，然后对工件进行精车；

第五步、在精车后的工件上钻兜孔，在钻削兜孔时使用整体YG合金麻花钻在数控兜孔钻床上进行钻削；

第六步、对钻过兜孔的工件去毛刺，此时即完成了对保持架的加工。

所述的耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法，所述粗车时采用硬质合金刀具，所述硬质合金刀具为YT15硬质合金刀具，刃磨刀具时刀尖半径为0.1mm。

所述的耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法，所述精车时采用耐磨性高的YG硬质合金刀具，刃磨刀具时刀尖半径为0.1mm，其后角尽量大以减少摩擦。

所述的耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法，所述加热炉为程控式烧结炉。

所述的耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法，所述数控兜孔钻床的主轴转速为600～650r/min。

所述的耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法，所述去毛刺时将加工好的保持架利用心轴装卡到车床上，然后将车床转速达到1500r/min，用镜像砂纸抛光，去除兜孔边飞边毛刺，然后放入装有工业乙醇的超声波清洗机中超声清洗5～10分钟，将超声清洗后的保持架放入通风常温容器中风干。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：

本发明所述的一种耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法，本发明在加工毛坯料内外径时采用工装装夹工件，防止工件在装夹中变形，车削加工中统一定位基准，一次定位加工到尺寸要求后再拆卸工装，保证了保持架内外径同心度和圆度，同时对工件进行退火处理减小了聚酰亚胺复合材料成型过程中的热应力，材料的抗拉强度、宽温度范围内的尺寸稳定性以及加工性能得以进一步提升，进一步，本发明采用YT15、YG合金车削刀具以及YG合金钻头，通过合适的切削参数使得保持架无振纹和裂纹、光洁度高以及尺寸精度高，在钻削兜孔时采用数控兜孔钻床和工装，保证了保持架兜孔共面性、对称性以及分度均匀性，使加工的保持架具有高的尺寸精度和良好的形位公差。

【附图说明】

图1是本发明粗车毛坯内孔时的工装结构示意图；

图2是本发明粗车毛坯外径时的工装结构示意图；

图3是本发明精车工件内孔时的工装结构示意图；

图4是本发明精车工件外径时的工装结构示意图；

图5是本发明钻兜孔时的工装结构示意图；

在图中：1、工装A；2、工件；3、工装B；4、心轴A；5、压紧螺母A；6、心轴B；7、压盖；8、锁紧螺母；9、心轴C；10、压紧螺母B。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

本发明所述的一种耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法，所述加工方法具体包括如下步骤：

第一步、准备好热压成型的毛坯料；

第二步、在第一步的基础上，将备好的毛坯料在车床上进行粗车，所述粗车时采用硬质合金刀具，所述硬质合金刀具为YT15硬质合金刀具，刃磨刀具时刀尖半径为0.1mm，由于热压成型的毛坯料外圆尺寸不一致，同时为避免工件在装夹时产生较大塑性变形，选用酚醛压布料材质的工装装夹工件，所述工装如图1和图2所示，在粗加工工件2的内孔时，将工件2装夹在工装A1的内孔中，然后将工装A1装夹到车床上，此时工件2和工装A1为过盈配合，过盈量为0.02～0.03mm，在粗加工工件2的外径时，将工件2装夹在工装B3上，然后将工装B3装夹到车床上，此时工件2和工装B3为过盈配合，过盈量为0.02～0.03mm，然后对工件2进行粗车，通过粗车把不规则的毛坯料加工成尺寸统一的工件2；

第三步、将粗车后的工件置于加热炉中进行退火处理，由于热压制成型的坯料在冷却有残余应力，粗车又进一步使残余应力集中，通过退火工艺使PI材料分子链有效松弛后缓慢成型，消除加工过程中残余热应力和体缺陷，降低材料线胀系数，使弯曲性能机械技能较大提高利于后续加工，所述加热炉为程控式烧结炉，退火处理工艺如下：

，

在退火处理时，首先将工件加热到30℃，2小时内将温度升至160℃，然后保温2小时，6小时内将温度升高到280℃，保温12小时后，8小时内将温度降低至40℃；

第四步、对退火处理后的工件进行精加工车削，所述精车时采用耐磨性高的YG硬质合金刀具，刃磨刀具时刀尖半径为0.1mm，其后角尽量大以减少摩擦，车刀刀杆必须尽可能短而粗，选择适当转速避免车削进给时振动，表面产生振纹，精加工车削过程必须设计相应工装减小装卡形变量，本发明精加工车削工装如图3和图4所示，工装材料选用酚醛压布料，在精车工件2的内孔时，将工件2套接在心轴A4的内孔中，工件2与芯轴A4配合间隙控制在0.01～0.02mm，端面给予压紧力，压紧力通过压紧螺母A5给予，即通过压紧螺母A5将工件2压紧在心轴A4上，此时对工件2的内孔进行精车，在精车工件2的外径时，将工件2安装到心轴B6上，工件2与芯轴B6的配合间隙控制在0.01～0.02mm，然后在工件2的一侧设置压盖7，进一步，压盖7通过锁紧螺母8固定在芯轴B6上；此时利用工装和工件间摩擦力固定工件2，避免了传统工装让工件与芯轴过盈配合，芯轴给予工件径向张力，导致工件产生应力变形，同时避免了装、卸工件时须用力挤压工件，导致工件变形难以保证高速旋转工件的圆度要求；然后对工件进行精车；

第五步、在精车后的工件上钻兜孔，传统工艺采用高速钢钻头导致兜孔出现螺旋纹，钻削一个保持架就必须对钻头多次装卸和刃磨，所加工的保持架兜孔外观差，尺寸精度低，兜孔共面和对称性以及分度等形位精度难以保证，甚至出现钻头韧带磨损后钻头挤压保持架导致坯料脆裂，根本无法加工，本发明钻削兜孔时采用整体YG合金麻花钻，韧带锋利而且不易磨损，一次刃磨能加工数件保持架，采用数控兜孔钻床加工，一次装卡加工所有兜孔，保证兜孔共面和对称性以及分度均匀；针对材料刚度小，易变性的特性，本发明钻兜孔时采用工装如图5，工件2与芯轴C9配合间隙为0.01～0.02mm，工件2和芯轴C9过渡配合端面通过压紧螺母B10给予压紧力，利用工装和工件2间摩擦力固定工件2；钻削时主轴转速控制在600~650r/min，分阶段控制刀具进给速度，保证了兜孔加工精度和光洁度；

第六步、对钻过兜孔的工件去毛刺，所述去毛刺时将加工好的保持架利用心轴装卡到车床上，然后将车床转速达到1500r/min，用镜像砂纸抛光，去除兜孔边飞边毛刺，然后放入装有工业乙醇的超声波清洗机中超声清洗5～10分钟，将超声清洗后的保持架放入通风常温容器中风干，此时即完成了对保持架的加工。

为了更好的说明本发明，本发明设定某一成品保持架具有外径Φmm、内径Φmm、高度mm、八个兜孔Φmm均匀分布。

在上述参数的设置下，本发明的六个步骤过程分述如下：

第一步、备齐毛坯料；

第二步、粗加工车削：

粗加工车削采用YT15硬质合金刀具，刀尖半径控制在0.1mm，粗加工车削过程必须设计相应工装减小装卡形变量，工装材料选用酚醛压布料。根据毛坯料外径尺寸，车加工工装，毛坯和工装过盈控制在0.03 mm，本发明的粗加工车削过程：平端面→车内孔→倒角→平另一端面→车外圆→倒角。车床主轴转速控制在900r/min，平端面进给速度控制在0.02mm/r，车内径进给速度控制在0.15mm/r，平端面后粗车内径到Φ（22.3±0.1）mm，内外倒0.5 mm×45°倒角，掉头采用图2工装固定工件，先平端面使工件长度控制在mm，粗车外径到Φ（28.4±0.02）mm，最后内外倒0.5 mm×45°倒角。

车削耐高温聚酰亚胺复合材料时，工件棱边易发生崩裂，表面易产生振纹，为了有效防止此类缺陷产生，针对材料的特殊切削性能，刀具刃磨必须锋利并且切削力尽可能小，使后刃面和加工表面摩擦小，避免车削时挤压工件；及时排屑，用压缩空气冷却，避免切削液冷却。

第三步、退火处理：

将粗车内径及端面的保持架材料置于程控式烧结炉中进行退火处理，退火处理工艺如下：

耐高温聚酰亚胺复合保持架材料是在高温高压下成型，内部残存大量的热应力，保持架材料粗加工车削后经退火处理可以有效地释放内部热应力，提高材料的加工稳定性。

第四步、精加工车削

精加工车削时采用YG硬质合金刀具，刃磨刀具时刀尖半径控制在0.1mm左右，精加工车削过程必须设计相应工装减小装卡形变量，本发明精加工车削工装，工装材料选用酚醛压布料。选择酚醛压布料根据粗加工保持架料外径尺寸车加工图3工装，工件和工装0.01～0.02mm间隙配合，本发明精加工车削过程：半精车内径→精车内径→倒角→半精车外圆→精车外圆→倒角。车床主轴转速控制在900r/min，车内径进给速度控制在0.1mm/r，半精车内径到Φ22.6mm后精车内径到Φmm，内径尺寸尽量一致，有利于后续工序工装的加工；然后内外倒0.5mm×45°倒角。采用图4工装固定工件，保持架内径和工装过渡配合，配合控制在±0.01mm；半精车外径到Φ（28.1±0.05）mm，然后精车外径到Φmm ，最后内外倒0.5 mm×45°倒角。精车内、外径主轴转速控制在1000r/min，进给速度控制在0.1mm/r。

第五步、钻兜孔：

在钻削此种耐高温聚酰亚胺复合材料时，兜孔边易发生脆断，裂纹，表面易产生螺旋纹，为了有效防止此类缺陷产生，采用专用数控兜孔钻床及Φ6.5mm的YG硬质合金麻花钻，刀具刃磨必须锋利，夹角磨削成120°角，减小钻削时挤压力。工装装卡保持架并与兜孔钻床连接，打表找正工装，端面跳动≤0.01mm，外圆跳动≤0.015 mm。采用试钻法（钻一个兜孔测量偏心量，直到测量值满足要求，然后固定钻头和工装相对位置不再移动）调整工件和钻头相对位置，保证兜孔中心处于工件的中心面上，然后测量兜孔尺寸是否满足Φmm要求，如果不满足可以通过刃磨钻头控制兜孔直径大小，直到测量所钻兜孔符合要求。钻削转速控制在600r/min，减小钻头磨损量并及时排屑，用压缩空气冷却。分阶段控制刀具进给速度，具体兜孔钻削参数如下表所示。

钻兜孔的钻削参数

	进给速度 mm/s	进刀位置（距工件距离） /mm
			一段	6	6.5
二段	0.3	5.5
			三段	0.1	2.5
四段	0.1	1

第六步、去毛刺：

将加工好的保持架套装在心轴上装卡到车床上，提高车床转速到1500r/min,用镜像砂纸抛光，去除兜孔边飞边毛刺，然后放入装有工业乙醇的超声波清洗机中超声清洗5分钟，最后将超声清洗后的保持架放入通风常温容器中风干。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (4)

1.一种耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法，其特征是：所述加工方法具体包括如下步骤：

第一步、准备好热压成型的毛坯料；

第二步、在第一步的基础上，将备好的毛坯料在车床上进行粗车，由于热压成型的毛坯料外圆尺寸不一致，同时为避免工件在装夹时产生较大塑性变形，选用酚醛压布料材质的工装装夹工件，工件和工装过盈配合，过盈量为0.02～0.03mm，然后对毛坯料进行粗车，通过粗车把不规则毛坯料加工成尺寸统一的工件；所述粗车时采用硬质合金刀具，所述硬质合金刀具为YT15硬质合金刀具，刃磨刀具时刀尖半径为0.1mm；

第三步、将粗车后的工件置于加热炉中进行退火处理，退火处理工艺如下：

第四步、对退火处理后的工件进行精加工车削，在精车时使用酚醛压布料材质的工装进行装夹工件，装夹时工件与工装配合间隙为0.01～0.02mm，然后对工件进行精车；所述精车时采用耐磨性高的YG硬质合金刀具，刃磨刀具时刀尖半径为0.1mm；

第五步、在精车后的工件上钻兜孔，在钻削兜孔时使用整体YG合金麻花钻在数控兜孔钻床上进行钻削；

第六步、对钻过兜孔的工件去毛刺，此时即完成了对保持架的加工。

2.根据权利要求1所述的耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法，其特征是：所述加热炉为程控式烧结炉。

3.根据权利要求1所述的耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法，其特征是：所述数控兜孔钻床的主轴转速为600～650r/min。

4.根据权利要求1所述的耐高温聚酰亚胺复合材料保持架的加工方法，其特征是：所述去毛刺时将加工好的保持架利用心轴装卡到车床上，然后将车床转速达到1500r/min，用镜像砂纸抛光，去除兜孔边飞边毛刺，然后放入装有工业乙醇的超声波清洗机中超声清洗5～10分钟，将超声清洗后的保持架放入通风常温容器中风干。