充電式錘鉆的擺桿軸承真空熱處理工藝研究

　　擺桿軸承是錘鉆電動(dòng)工具的重要部件，對擺桿軸承整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行了深入分析，并修改了軸承內圈、外圈的熱處理工藝，得到了理想的顯微組織，產(chǎn)品順利通過(guò)測試，為順利生產(chǎn)擺桿軸承提供可靠的理論指導。

　　錘鉆俗稱(chēng)電錘，是廣泛使用的一種鑿削工具。電錘是由傳動(dòng)機構帶動(dòng)活塞在一個(gè)汽缸內往復壓縮空氣，汽缸內空氣壓力周期變化帶動(dòng)汽缸中的擊錘往復打擊鉆頭的頂部，使鉆頭在做旋轉運動(dòng)的同時(shí)，還受到一個(gè)方向垂直于鉆頭的往復錘擊運動(dòng)，以同時(shí)實(shí)現打擊、鉆孔功能，擺桿軸承是重要的傳動(dòng)裝置，對傳動(dòng)性能起著(zhù)決定性作用。

　　錐鉆可分為有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種方式，充電式錘鉆可代替有線(xiàn)式錘鉆的工作，攜帶方便，隨時(shí)隨地可供使用。為滿(mǎn)足新的使用要求，開(kāi)發(fā)2 kg級別中鉆速最快的充電式錘鉆：最佳鑿削表現、最好性能—重量比。具體參數：最大空載速率960 r/min；捶快擊率4260 r/min；最大捶擊能量3 J；最大鋼材鉆孔直徑13 mm。所用擺桿軸承需滿(mǎn)足錘鉆以上性能要求。

1、結構及加工藝流程分析

1.1、結構分析

　　擺桿軸承作為一種往復傳動(dòng)裝置，可以把旋轉運動(dòng)轉化為直線(xiàn)運動(dòng)，其部件簡(jiǎn)圖如圖1 所示。內圈通過(guò)傳動(dòng)齒輪和主軸同步旋轉運動(dòng)，外圈通過(guò)汽缸和鉆頭主軸連桿，通過(guò)擺桿軸承這種結構，把主軸的連續旋轉運動(dòng)轉換為鉆頭的往復直線(xiàn)運動(dòng)，實(shí)現電錘的打擊、鉆削動(dòng)作。具體運動(dòng)表現：內圈驅動(dòng)，外圈擺動(dòng)，鋼球在保持架的限制作用下在溝道里轉動(dòng)，整個(gè)部件的主要設計參數如表1。

a) 擺桿軸承外部形狀　(b)擺桿軸承結構示意圖

圖1　擺桿軸承外部形狀和結構示意圖

　　根據使用要求內圈材料為GCr15 ，化學(xué)成分見(jiàn)表2 ，外圈材料為20CrMnTi ，化學(xué)成分見(jiàn)表3。

表1　擺桿軸承部件的主要參數

表2　內圈、外圈的化學(xué)成分表（%）

1.2、 加工藝流程分析

　　內圈加工工藝流程：鉆孔→粗車(chē)外圓→車(chē)外圓平高度→車(chē)內孔平總高倒角→兩端倒內角→兩端車(chē)外圓→剝圓球→挖溝道→連續爐熱處理，其中重要的環(huán)節是連續爐熱處理，因為連續爐是敞開(kāi)式加熱爐，易出現氧化、脫碳現象，現改進(jìn)熱處理工藝為真空淬火。

　　外圈工加工藝流程：熱鍛成型→車(chē)內孔、平面→車(chē)柄、倒角→挖溝道→真空熱處理→超精研溝道，外圈的熱處理工藝因受彎矩，所以真空熱處理尤為重要。

　　整個(gè)擺桿軸承的生產(chǎn)流程：內圈、外圈擺放→壓入保持架→尺寸檢查→清洗→噪音測試→性能測試→加油脂→成品入庫。其中尺寸檢查主要是檢查游隙，以保證裝配位置。

2、真空熱處理工藝曲線(xiàn)

2.1、內圈熱處理工藝分析

　　內圈受到徑向力和軸向力作用，所用材料為高碳鉻軸承鋼鋼GCr15，淬火后硬度要求較高為60~64HRC，為防止高碳鋼氧化、脫碳及尺寸變形等現象，采用真空淬火，使用COFI 集團的真空淬火爐，該爐的溫度均勻性可到±5℃，極限真空度為1×10^{- 6} Pa， 最高溫度1650℃，淬火溫度為840℃，入油冷卻后回火，工藝曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖2　內圈GCr15 真空淬火工藝曲線(xiàn)

2.2、外圈熱處理工藝分析

　　外圈受到周期變化的彎矩和扭矩作用，彎矩是造成擺桿軸承破壞的因素之一，相對來(lái)說(shuō)尺寸精度高，易破壞，選用材料20CrMnTi，熱處理方法為真空表面淬火和滲碳處理，采用氣體真空滲碳，有分解、吸收和擴散三個(gè)階段組成。滲碳層深度要求為0.3 mm 左右，因變形要求嚴格采用低溫滲碳，滲碳層均勻，采用一段式滲碳。在滲碳初期向爐內以一定流量通入甲烷并維持壓力為4×10⁴ Pa，充分滲碳后，進(jìn)入擴散期，將滲碳氣體抽走并使爐內氣壓至工作真空度66.7 Pa，在此條件下繼續加熱一段時(shí)間，冷卻至840℃后入油冷卻，冷處理后高溫回火至190℃，以降低熱應力，改善機械切削性能，為磨削做工藝準備。滲碳結束后藝曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。

圖3　外圈20CrMnTi 真空滲碳、淬火工藝曲線(xiàn)

4、結論

　　擺桿軸承是一種特殊的滾動(dòng)軸承，承受高載荷交變應力及高轉速的條件下服役，其失效形式通常是接觸疲勞破壞和磨損。因此要求擺桿軸承具有高硬度、高耐磨性、高的疲勞強度及高韌性、高強度和良好的尺寸穩定性，相應的要求其主要零件內圈、外圈的熱處理工藝較成熟穩定，特別是易損件外圈更應引起注意。通過(guò)熱處理試驗，可得出如下結論：

　�。�1）擺桿軸承對尺寸穩定性要求較高，為此改進(jìn)工藝，使用真空爐進(jìn)行熱處理；

　�。�2）內圈是高碳鋼，經(jīng)過(guò)整體真空淬火后可以使其具有高而均勻的硬度、耐磨性高、接觸疲勞壽命高等特點(diǎn)；

　�。�3）外圈是合金滲碳鋼，經(jīng)過(guò)真空氣體滲碳后可得到均勻的滲碳層，表面淬火和滲碳處理同時(shí)進(jìn)行；

　�。�4）若外圈使用普通滲碳，則會(huì )在表層出現晶界氧化層，導致硬度降低，使用真空滲碳則因在無(wú)氧化性氣氛中進(jìn)行，硬度得到有效提高，外表面硬度可達到700+100HV3，回火后適合零件直接裝配使用；

　�。�5）外圈真空熱處理可使零件表面具有極好的活性，并容易引起化學(xué)反應，加速零件表面吸收活性碳的過(guò)程。

　�。�6）合適的油攪速度也有利于減小工件的變形，一般真空淬火時(shí)可選用低速攪拌即可。

　�。�7） 工件的擺放方式。真空熱處理變形小是其一優(yōu)點(diǎn)。但工件的擺放方式不同，其變形量也不同。同時(shí)工件的擺放方式對硬度均勻性也有重要影響，由于真空熱處理是以輻射方式加熱的，擺放方式不好勢必遮擋嚴重，加熱效果受影響。

參考文獻

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