充电式锤钻的摆杆轴承真空热处理工艺研究
摆杆轴承是锤钻电动工具的重要部件，对摆杆轴承整个生产流程进行了深入分析，并修改了轴承内圈、外圈的热处理工艺，得到了理想的显微组织，产品顺利通过测试，为顺利生产摆杆轴承提供可靠的理论指导。
锤钻俗称电锤，是广泛使用的一种凿削工具。电锤是由传动机构带动活塞在一个汽缸内往复压缩空气，汽缸内空气压力周期变化带动汽缸中的击锤往复打击钻头的顶部，使钻头在做旋转运动的同时，还受到一个方向垂直于钻头的往复锤击运动，以同时实现打击、钻孔功能，摆杆轴承是重要的传动装置，对传动性能起着决定性作用。
锥钻可分为有线和无线两种方式，充电式锤钻可代替有线式锤钻的工作，携带方便，随时随地可供使用。为满足新的使用要求，开发2 kg级别中钻速最快的充电式锤钻：最佳凿削表现、最好性能—重量比。具体参数：最大空载速率960 r/min；捶快击率4260 r/min；最大捶击能量3 J；最大钢材钻孔直径13 mm。所用摆杆轴承需满足锤钻以上性能要求。
1、结构及加工艺流程分析
1.1、结构分析
摆杆轴承作为一种往复传动装置，可以把旋转运动转化为直线运动，其部件简图如图1 所示。内圈通过传动齿轮和主轴同步旋转运动，外圈通过汽缸和钻头主轴连杆，通过摆杆轴承这种结构，把主轴的连续旋转运动转换为钻头的往复直线运动，实现电锤的打击、钻削动作。具体运动表现：内圈驱动，外圈摆动，钢球在保持架的限制作用下在沟道里转动，整个部件的主要设计参数如表1。
a) 摆杆轴承外部形状 (b)摆杆轴承结构示意图
图1 摆杆轴承外部形状和结构示意图
根据使用要求内圈材料为GCr15 ，化学成分见表2 ，外圈材料为20CrMnTi ，化学成分见表3。
表1 摆杆轴承部件的主要参数
表2 内圈、外圈的化学成分表（%）
1.2、 加工艺流程分析
内圈加工工艺流程：钻孔→粗车外圆→车外圆平高度→车内孔平总高倒角→两端倒内角→两端车外圆→剥圆球→挖沟道→连续炉热处理，其中重要的环节是连续炉热处理，因为连续炉是敞开式加热炉，易出现氧化、脱碳现象，现改进热处理工艺为真空淬火。
外圈工加工艺流程：热锻成型→车内孔、平面→车柄、倒角→挖沟道→真空热处理→超精研沟道，外圈的热处理工艺因受弯矩，所以真空热处理尤为重要。
整个摆杆轴承的生产流程：内圈、外圈摆放→压入保持架→尺寸检查→清洗→噪音测试→性能测试→加油脂→成品入库。其中尺寸检查主要是检查游隙，以保证装配位置。
2、真空热处理工艺曲线
2.1、内圈热处理工艺分析
内圈受到径向力和轴向力作用，所用材料为高碳铬轴承钢钢GCr15，淬火后硬度要求较高为60~64HRC，为防止高碳钢氧化、脱碳及尺寸变形等现象，采用真空淬火，使用COFI 集团的真空淬火炉，该炉的温度均匀性可到±5℃，极限真空度为1×10- 6 Pa， 最高温度1650℃，淬火温度为840℃，入油冷却后回火，工艺曲线见图2。
图2 内圈GCr15 真空淬火工艺曲线
2.2、外圈热处理工艺分析
外圈受到周期变化的弯矩和扭矩作用，弯矩是造成摆杆轴承破坏的因素之一，相对来说尺寸精度高，易破坏，选用材料20CrMnTi，热处理方法为真空表面淬火和渗碳处理，采用气体真空渗碳，有分解、吸收和扩散三个阶段组成。渗碳层深度要求为0.3 mm 左右，因变形要求严格采用低温渗碳，渗碳层均匀，采用一段式渗碳。在渗碳初期向炉内以一定流量通入甲烷并维持压力为4×104 Pa，充分渗碳后，进入扩散期，将渗碳气体抽走并使炉内气压至工作真空度66.7 Pa，在此条件下继续加热一段时间，冷却至840℃后入油冷却，冷处理后高温回火至190℃，以降低热应力，改善机械切削性能，为磨削做工艺准备。渗碳结束后艺曲线见图3。
图3 外圈20CrMnTi 真空渗碳、淬火工艺曲线
4、结论
摆杆轴承是一种特殊的滚动轴承，承受高载荷交变应力及高转速的条件下服役，其失效形式通常是接触疲劳破坏和磨损。因此要求摆杆轴承具有高硬度、高耐磨性、高的疲劳强度及高韧性、高强度和良好的尺寸稳定性，相应的要求其主要零件内圈、外圈的热处理工艺较成熟稳定，特别是易损件外圈更应引起注意。通过热处理试验，可得出如下结论：
（1）摆杆轴承对尺寸稳定性要求较高，为此改进工艺，使用真空炉进行热处理；
（2）内圈是高碳钢，经过整体真空淬火后可以使其具有高而均匀的硬度、耐磨性高、接触疲劳寿命高等特点；
（3）外圈是合金渗碳钢，经过真空气体渗碳后可得到均匀的渗碳层，表面淬火和渗碳处理同时进行；
（4）若外圈使用普通渗碳，则会在表层出现晶界氧化层，导致硬度降低，使用真空渗碳则因在无氧化性气氛中进行，硬度得到有效提高，外表面硬度可达到700+100HV3，回火后适合零件直接装配使用；
（5）外圈真空热处理可使零件表面具有极好的活性，并容易引起化学反应，加速零件表面吸收活性碳的过程。
（6）合适的油搅速度也有利于减小工件的变形，一般真空淬火时可选用低速搅拌即可。
（7） 工件的摆放方式。真空热处理变形小是其一优点。但工件的摆放方式不同，其变形量也不同。同时工件的摆放方式对硬度均匀性也有重要影响，由于真空热处理是以辐射方式加热的，摆放方式不好势必遮挡严重，加热效果受影响。
参考文献
[1] 李泉华，热处理技术400 问，机械工业出版社[M]，2003 年10 月.
[2] 阎承沛，真空与可控气氛热处理，化学工业出版社[M]，2006 年7 月.
[3] 王志鑫，热处理工操作技术要领图解，山东科学技术出版社，2005 年1 月.
