CN114101523A - 一种钛合金壳体零件关节轴承收口装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛合金壳体零件关节轴承收口装置及方法，收口装置中，作为压头的钢球置于一个锥形的安装内孔中并与钢球支架为面接触或线接触，从而确保与钛合金壳体零件表面的收口专用沟槽滚动接触。收口时，钛合金壳体零件在加工完成后先进行去应力热处理，然后采用多次滚压成型对关节轴承进行收口，且每次滚压成型的收口压力值逐渐递增，相邻两次滚压成型期间对钛合金壳体零件和关节轴承进行加工应力释放处理。本发明解决了钛合金壳体零件关节轴承收口过程中出现的裂纹和皱折问题，提高了产品收口质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛合金壳体零件的收口装置和方法，特别是钛合金壳体零件内孔中装配关节轴承同时关节轴承具有轴承外环结构的收口方法，且钛合金壳体零件上有专用沟槽需用钢球滚压成型实现收口。
背景技术
钛合金材料的壳体零件关节轴承收口广泛用于航空发动机，如图3所示，该类零件上加工有用于装配关节轴承的内孔以及用于收口的专用沟槽，后续将带有轴承外环结构的关节轴承安装入内孔中，然后采用收口装置进行收口。
关节轴承的收口目前通常采用专用收口夹具一次滚压成型的方法，在加工的壳体零件材料为ZG1Cr17Ni3铸钢件时，零件收口质量符合标准要求。但在用相同的方法进行钛合金材料的壳体零件关节轴承收口时，发现钛合金板料或钛合金锻件的壳体零件收口后，在壳体零件钢球滚压的环形收口专用沟槽中，会产生细小的裂纹，部分零件还有皱折出现，不满足标准要求。
发明内容
本发明旨在提供一种钛合金壳体零件关节轴承收口装置及方法，有效控制钛合金壳体零件关节轴承收口的质量，避免零件表面有褶皱、裂纹和划伤的情况出现，保证收口质量满足标准要求。
为实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：
一种钛合金壳体零件关节轴承收口装置，包括钢球支架和作为压头的钢球，钢球置于钢球支架端面的安装内孔中，钢球支架端面上有一根定位轴，所述钢球支架的安装内孔为锥形孔，且锥形孔直径较大的一端远离钢球支架端面，锥形孔直径较小的一端位于钢球支架端面上，所述钢球与安装内孔的底面为线接触或面接触。
作为一种选择，所述安装内孔的底面上有一个球形凹槽，且球形凹槽所在球体的直径小于等于钢球的直径。
作为一种选择，球形凹槽的深度介于钢球直径的三分之一到二分之一之间。
一种钛合金壳体零件关节轴承收口方法，钛合金壳体零件上加工有与关节轴承配合的内孔以及收口专用沟槽，在钛合金壳体零件加工完成后将关节轴承装入内孔中，然后进行收口，包括，
步骤一，钛合金壳体零件在加工完成后进行去应力热处理；
步骤二，采用前述的收口装置，将钢球压入收口专用沟槽进行滚压，分多次滚压成型对关节轴承进行收口，且每次滚压成型的收口压力值逐渐递增，相邻两次滚压成型期间对钛合金壳体零件和关节轴承进行加工应力释放处理。
作为一种选择，所述步骤一中，去应力热处理为真空回火热处理。
作为一种选择，所述步骤二中，滚压成型中作为压头的钢球与钛合金壳体零件上收口专用沟槽之间为滚动接触。
作为一种选择，滚压成型过程中，持续清理作为压头的钢球表面的多余杂物。
作为一种选择，采用负压抽吸或者正压直吹的方式清理钢球表面的多余杂物。
作为一种选择，滚压成型过程中，在钛合金壳体零件上收口专用沟槽与钢球滚动接触的滚压表面加注润滑油。
作为一种选择，所述步骤二中，多次滚压成型中的最后一次，其收口压力等于一次性完成钛合金壳体零件关节轴承收口时的收口压力值。
作为一种选择，所述步骤二中，相邻两次滚压成型期间对钛合金壳体零件和关节轴承进行自然时效处理。
一方面，现有的收口方法中未考虑钛合金金属于难加工材料的特点，收口装置中钢球与钢球支架的间隙和受力配合关系不合适，在收口过程中，钢球在钛合金壳体零件的收口专用沟槽金属表面变滚动为滑动，拉伤了金属表面，滚压钢球在下次经过此处时，因挤压造成钛合金壳体零件部分出现褶皱。
另一方面，钛合金壳体零件在加工与关节轴承配合的内孔时，由于配合内孔精度高，需钻孔、扩孔、铰孔，保证内孔尺寸公差，在铰孔时，由于加工余量较小，铰刀在孔内属于挤压，在此状态下，造成钛合金壳体零件内孔壁加工应力较大，同时内孔内表层金属会有冷作硬化层，该硬化层硬度较高，在收口滚压过程中就容易开裂，产生裂纹。
采用本发明的收口装置和收口方法进行滚压收口，在钛合金壳体零件表面钢球滚压的收口专用沟槽中未产生裂纹或皱折，关节轴承轴向串动检查、灵活性检查及压出试验也符合标准要求，能加工出合格的产品。
附图说明
图1是现有的关节轴承收口装置中钢球支架与钢球的配合示意图；
图2是本发明的关节轴承收口装置中钢球支架与钢球的配合示意图；
图3是钛合金壳体零件中装配关节轴承的状态示意图；
图中，1-钢球支架；2-钢球盖板；3-收口专用沟槽；4-关节轴承外环；5-钛合金壳体零件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。
如图3所示，为钛合金壳体零件5与关节轴承装配的局部示意图，钛合金壳体零件5的表面加工有收口专用沟槽3，关节轴承通过关节轴承外环4装配在钛合金壳体零件5上的内孔中，现需要通过收口专用沟槽3将关节轴承固定在钛合金壳体零件5上。
如图1所示，为现有的关节轴承收口装置，其中钢球支架1包括钢球支架主体和钢球盖板2，钢球支架主体和钢球盖板2上均开有螺孔，其中，钢球支架主体端面上有一根定位轴，定位轴穿过钢球盖板2上的通孔，钢球盖板2通过螺钉连接在钢球支架主体端面上，钢球盖板2上还开有圆柱形通孔(钢球安装内孔)，钢球置于圆柱形通孔中，且钢球与钢球支架主体的端面之间为点接触(因为钢球支架主体端面为平面)。
如图2所示，为本发明改进后的关节轴承收口装置，钢球支架主体和钢球盖板2仍然通过螺钉连接，依然保留钢球支架主体端面上的定位轴，定位轴穿过钢球盖板2上的通孔，但是，钢球盖板2上的圆柱形通孔(钢球安装内孔)调整为锥形孔，且锥形孔直径较大的一端远离钢球支架1端面(即图2中钢球盖板2下方的端面，或者说钢球盖板2没有与钢球支架主体端面贴合的那个端面)，锥形孔直径较小的一端位于钢球支架1端面(由于钢球支架1由钢球支架主体和钢球盖板2组合而成，此时，钢球支架1端面变为了钢球盖板2的下方端面，或者说钢球盖板2没有与钢球支架主体端面贴合的那个端面,安装内孔的底面变为了钢球支架主体的端面)上，钢球置于锥形孔中，钢球支架主体端面上有一个球形凹槽，球形凹槽所在球体的直径小于等于钢球的直径，球形凹槽的深度介于钢球直径的三分之一到二分之一之间，当球形凹槽所在球体的直径等于钢球直径时，钢球与钢球支架主体端面(安装内孔底面处)之间为面接触，当球形凹槽所在球体的直径小于钢球直径时，钢球与钢球支架主体端面(安装内孔底面处)之间为线接触。
采用图2中的收口装置对钛合金壳体零件5中的关节轴承进行收口时，包括以下要点：
要点1：钛合金壳体零件5在加工完成后通过进行真空热处理回火去应力，降低后续滚压过程中出现开裂或裂纹的情况；
要点2：调整作为压头的钢球与钢球支架1间的配合及间隙，改变其受力状态；从图1可看出，调整前，钢球盖板2上安装钢球的圆柱形安装内孔直径大于等于钢球直径，钢球支架主体的端面为平面，钢球装入安装内孔后，钢球与钢球支架主体的端面是点接触，同时，钢球与收口专用沟槽3的表面也是点接触(钛合金表面较硬，钢球与收口专用沟槽3表面自始至终几乎都是点接触)，钢球与圆柱形安装内孔是点接触或线接触，滚压过程中，钢球支架1的定位轴插入关节轴承内孔并以定位轴为旋转轴线旋转，此时，钢球被钢球盖板2的圆柱形安装内孔孔壁推动绕定位轴作圆周运动，由于圆柱形安装内孔孔壁对钢球的推力在过钢球球心的平面内，所以不产生旋转力矩，钢球与钢球支架主体端面接触点的摩擦力以及钢球与收口专用沟槽3表面接触点的摩擦力对于钢球的作用力矩(旋转力矩)相差很小(滚压过程中，收口专用沟槽3的表面逐渐被压成近似平面或者曲率很小端圆弧曲面)，造成钢球在钢球盖板2内孔壁的推动下容易形成滑动状态，而不是滚动状态；从图2可看出，调整后，钢球支架主体的端面上有一个球形凹槽，钢球安装在锥形的安装内孔内，此时驱动钢球绕定位轴作圆周运动的是钢球与球形凹槽接触位置(面接触或线接触)的推力以及钢球与锥形安装内孔孔壁接触位置(线接触或点接触)的推力，由于这两个推力都不通过钢球的球心，所以能够产生转动力矩，只需要计算好两个推力的力臂(与钢球接触位置到钢球球心的距离，图2中钢球与球形凹槽接触位置到球心的力臂大于钢球与锥形安装内孔内壁接触位置到球心的力臂)，二者的合力矩即可驱动钢球呈现滚动状态，避免滑动状态的发生，此时，球形凹槽与收口专用沟槽3的摩擦力矩由于很小，几乎可以忽略，或者通过提高接触表面润滑大幅降低摩擦力矩，从而有利于钢球滚动顺畅，始终保持滚动状态，而不是从滚动状态过渡到滑动状态。
另一方面，如图1，钢球与钢球支架主体端面为点接触，钢球盖板2上的圆柱形钢球安装内孔对其加工精度要求较低。如图2，由于钢球支架主体端面上增加了球形凹槽，为了保持钢球相对钢球盖板2的凸出高度不变，需要减薄钢球盖板2的厚度，将钢球安装内孔改成孔径上大下小的锥形孔还能够降低对钢球安装内孔的加工精度要求，因为钢球盖板2和钢球支架主体是组装在一起的，钢球盖板2上的锥形孔和钢球支架主体端面的球形凹槽是分开加工的，为了确保钢球装入锥形孔的同时顺利进入球形凹槽，就必须提高加工精度，否则会导致钢球无法同时装入球形凹槽和锥形孔，如图2，上大下小的锥形孔形式保证锥形孔靠近球形凹槽的一端有足够的间隙满足钢球装入球形凹槽。
要点3：将钛合金壳体零件5收口由传统的一次滚压成型改为多次收口成型(例如三次)，每次收口压力值控制在一个较小的范围内，并将压力值逐次递增，最后一次收口达到工艺确定压力值(一次性滚压时的压力值)。并且，在各次收口之间，钛合金壳体零件5和关节轴承应存放1小时以上，以便零件释放加工应力，降低出现裂纹或开裂的几率。
要点4：滚压收口过程中，不断检查钢球在钢球支架1内转动(滚动)的灵活性，并利用吹气的方式不断清除钢球上的金属多余物，同时在滚压过程中，可以在滚压表面加注润滑油，以减少钢球在零件表面滑动摩擦和挤压。
Claims (10)
1.一种钛合金壳体零件关节轴承收口装置，包括钢球支架和作为压头的钢球，钢球置于钢球支架端面的安装内孔中，钢球支架端面上有一根定位轴，其特征在于：
所述钢球支架的安装内孔为锥形孔，且锥形孔直径较大的一端远离钢球支架端面，锥形孔直径较小的一端位于钢球支架端面上；
所述钢球与安装内孔的底面为线接触或面接触。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金壳体零件关节轴承收口装置，其特征在于：所述安装内孔的底面上有一个球形凹槽，且球形凹槽所在球体的直径小于等于钢球的直径。
3.一种钛合金壳体零件关节轴承收口方法，钛合金壳体零件上加工有与关节轴承配合的内孔以及收口专用沟槽，在钛合金壳体零件加工完成后将关节轴承装入内孔中，然后进行收口，其特征在于：包括，
步骤一，钛合金壳体零件在加工完成后进行去应力热处理；
步骤二，采用权利要求1中所述的收口装置，将钢球压入收口专用沟槽进行滚压，分多次滚压成型对关节轴承进行收口，且每次滚压成型的收口压力值逐渐递增，相邻两次滚压成型期间对钛合金壳体零件和关节轴承进行加工应力释放处理。
4.根据权利要求3所述的一种钛合金壳体零件关节轴承收口方法，其特征在于：所述步骤一中，去应力热处理为真空回火热处理。
5.根据权利要求3所述的一种钛合金壳体零件关节轴承收口方法，其特征在于：所述步骤二中，滚压成型中作为压头的钢球与钛合金壳体零件上收口专用沟槽之间为滚动接触。
6.根据权利要求5所述的一种钛合金壳体零件关节轴承收口方法，其特征在于：滚压成型过程中，持续清理作为压头的钢球表面的多余杂物。
7.根据权利要求6所述的一种钛合金壳体零件关节轴承收口方法，其特征在于：采用负压抽吸或者正压直吹的方式清理钢球表面的多余杂物。
8.根据权利要求5所述的一种钛合金壳体零件关节轴承收口方法，其特征在于：滚压成型过程中，在钛合金壳体零件上收口专用沟槽与钢球滚动接触的滚压表面加注润滑油。
9.根据权利要求3所述的一种钛合金壳体零件关节轴承收口方法，其特征在于：所述步骤二中，多次滚压成型中的最后一次，其收口压力等于一次性完成钛合金壳体零件关节轴承收口时的收口压力值。
10.根据权利要求3所述的一种钛合金壳体零件关节轴承收口方法，其特征在于：所述步骤二中，相邻两次滚压成型期间对钛合金壳体零件和关节轴承进行自然时效处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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