軸承制造技術(shù)——塑性加工

軸承套圈毛坯料大致分為以下5種：(1)鍛件；(2)管材；(3)棒材(供直接切削用)；(4)卷材；(5)板材、帶鋼。

向心球軸承及圓錐滾子軸承多使用鍛件。大量使用鍛件的原因是：(1)利用金屬的延展性形成所要求的尺寸形狀，減少了切削留量，此外，能夠應(yīng)用沖壓機(jī)及輾壓機(jī)等加工速度快的加工機(jī)床，生產(chǎn)率高。(2)如果去掉棒材及管材、板材的剪切加工面以及加工過程中的底部排氣等，不會(huì)切斷產(chǎn)品的金屬流線，還有，材料應(yīng)變使晶粒微細(xì)化，加工硬化提高了材料強(qiáng)度等等，能改善材料自身的性能。此外，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及工業(yè)機(jī)械中使用的大直徑軸承，必須使用鍛件。

至于小批量生產(chǎn)的直徑較小產(chǎn)品，有時(shí)候在成本上不能發(fā)揮鍛件的優(yōu)勢(shì)，這時(shí)，可應(yīng)用管材及棒材。

1 向心球軸承、圓錐滾子軸承

向心球軸承內(nèi)、外圈的鍛造有以下方式：高溫成形+冷輾；熱鍛+熱輾；熱鍛+冷輾等。

1.1 高溫成形+冷輾

圖1 高溫成形+冷輾

圖1為零件高溫成形+冷輾的示意圖。以軸承鋼棒料為原材料，經(jīng)高頻加熱，而后在零件高溫成形機(jī)內(nèi)切割成規(guī)定的長(zhǎng)度，鍛造出內(nèi)圈與外圈的環(huán)狀坯料，然后進(jìn)行球化退火、噴丸處理，最后冷輾加工。根據(jù)工件尺寸，高溫成形的生產(chǎn)速度為100~180個(gè)/min，所需要的冷輾設(shè)備臺(tái)數(shù)應(yīng)與之相匹配。高溫成形設(shè)備基本上是臥式多工序壓力鍛造機(jī)，在滑塊(壓力機(jī)壓頭)側(cè)裝有沖頭；固定側(cè)(壓力機(jī)墊板)裝有鍛模，材料在金屬模具間鍛造成形。高溫成形之所以高速，主要有以下原因：

(1)沒有必要與重力反向來移動(dòng)笨重的壓力機(jī)滑塊(壓頭)；(2)工件的搬運(yùn)基本上是一元的，符合壓力機(jī)滑塊的動(dòng)作，搬運(yùn)爪與金屬模具并不干涉，能快速適時(shí)地移走工件，頂出桿、支承銷桿的動(dòng)作及金屬模結(jié)構(gòu)上做了精心考慮。

冷輾工序利用主輾壓輥與芯軸進(jìn)行輾壓，擴(kuò)大直徑的同時(shí)，成形內(nèi)、外徑形狀。另外，芯軸本身由于并不具備剛度，利用稱為托輥(支承輥)的軋輥構(gòu)件支承。并且，為提高工件的圓度，采用的主流結(jié)構(gòu)形式是稱為支承輥及滑靴的構(gòu)件(圖1中未示出)強(qiáng)制支承加工過程中的工件外徑，并且，動(dòng)作的數(shù)值控制也已實(shí)用化。

1.2 熱鍛+熱輾

超過零件高溫成形加工能力的中型軸承套圈的原材料(坯料)，采用圖2的工序加工。用剪切或機(jī)械加工切斷棒料即成坯料，對(duì)坯料加熱，用大型立式鍛造壓力機(jī)制造內(nèi)圈與外圈的環(huán)狀坯件，并利用余熱，實(shí)施熱輾。然后，進(jìn)行球化退火、噴丸處理和外徑精壓加工(整形)。

圖2 熱鍛+熱輾

這種加工方式在同一溫度下進(jìn)行鍛造與輾壓加工，故熱效率高，變形阻力小，工序周期縮短。但由于直接連接2道工序?qū)е略O(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率降低，同時(shí)，為使鍛造周期與輾壓周期相匹配，不得不將周期時(shí)間向下設(shè)置，因而不能充分地發(fā)揮鍛造工序的能力，該方式并未有效推廣。

在工業(yè)機(jī)械及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用大型軸承方面，采用了熱鍛+熱輾加工的方法。熱輾加工中，除去加工部的鱗屑對(duì)提高加工質(zhì)量至關(guān)重要。此外，由于是大型軸承，削減加工余量尤為重要，尤其是像圓錐滾子軸承那樣的異形截面，為盡可能減少材料損失，熱鍛工序的加工精度以及熱輾異形斷面成形加工技術(shù)至關(guān)重要。

1.3 熱鍛+冷輾

熱鍛制造環(huán)狀坯料，冷卻后進(jìn)行球化退火和噴丸處理，進(jìn)而實(shí)施冷輾。熱鍛的生產(chǎn)速度比高溫成形(1.1節(jié))低些，但通用性好，金屬模具開發(fā)較為容易。冷輾工藝的工作壓力比熱輾工藝大。加工時(shí)間長(zhǎng)，但是，冷輾工藝無需像熱輾那樣對(duì)坯料進(jìn)行繁瑣的溫度管理。由于容易處理坯料，易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，產(chǎn)品精度也高。如圖3所示，在冷輾前，進(jìn)行車削加工而形成高精度的坯料，冷輾后則省略車削工序，熱處理之后只進(jìn)行研磨加工得到具有端面、外徑面、內(nèi)徑面精度高的成品零件。

圖3 熱鍛+車削加工+冷輾

1.4 熱鍛+冷鍛

用熱鍛工藝制造環(huán)狀坯件，進(jìn)行球化退火、車削、噴丸清理之后，將磷化處理的坯料進(jìn)行冷鍛成形，這種情形下，能夠加工的零件尺寸有限，但易提高精度。另外，如進(jìn)行球化退火，則由于表面脫碳，需要有消除該脫碳層的加工。不過，已有人提出了復(fù)碳退火減少車削余量的工藝。

1.5 小結(jié)

鍛造軸承套圈坯件的工廠正在向?qū)I(yè)化、自動(dòng)化方向發(fā)展，通過進(jìn)一步提高金屬模具壽命，金屬模的小型化，提高操作性，生產(chǎn)效率大幅提高。隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)加工狀態(tài)和金屬模具狀態(tài)的監(jiān)控不斷進(jìn)步，能夠進(jìn)一步降低次品率。另外，為減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，提高產(chǎn)品合格率，減輕后續(xù)工序中的加工負(fù)擔(dān)；生產(chǎn)設(shè)備的小型化、節(jié)能化；使用更環(huán)保的白色系潤(rùn)滑劑等，也越來越受到重視。

2 向心滾針軸承

滾針軸承常用于變速器、發(fā)動(dòng)機(jī)及壓縮機(jī)等，軸承安裝空間狹小，需要承載能力大的應(yīng)用場(chǎng)合。

向心滾針軸承外圈的加工成形方法有：(1)板材的沖壓加工；(2)鍛造坯料的切削加工；(3)管材的切削加工等。其中，板材的沖壓加工占絕對(duì)多數(shù)。其原因是滾針軸承零件比球軸承零件薄，適合于沖壓加工。

2.1 連續(xù)自動(dòng)沖壓(多工位沖壓)加工

連續(xù)自動(dòng)沖壓加工(多工位沖壓)通常是用沖剪機(jī)從卷材中沖裁圓板狀的坯料，再用壓力機(jī)進(jìn)行深沖成形及外圈底成形、打字工序、切毛邊工序等。為提高生產(chǎn)率，生產(chǎn)工序高速化是重要因素。目前，能夠?qū)崿F(xiàn)200SPM ( Slide Per Minute：沖壓次數(shù)/min)。此外，基本上都是對(duì)沖壓件直接進(jìn)行熱處理，而后只進(jìn)行表面精加工。由于對(duì)沖壓精度要求很高，所以對(duì)沖壓設(shè)備及金屬模的精度、剛度都要求非常高，因此，軸承加工用的特殊、專用機(jī)械設(shè)備也得以快速發(fā)展。另一方面，產(chǎn)品批量小時(shí)，與其要求和專用機(jī)械相同的生產(chǎn)速度，不如在減少工序數(shù)量方面精心考慮。另外，應(yīng)利用廉價(jià)的通用機(jī)床削減金屬模具費(fèi)用，壓縮生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。后一種加工方法是適合于小批量零件的加工方法。

連續(xù)自動(dòng)沖壓加工不必要設(shè)置實(shí)現(xiàn)沖壓機(jī)內(nèi)順序動(dòng)作加工的托架，通過在板材的供給裝置上下功夫，能減少?gòu)U料，提高成品率高。與順序動(dòng)作加工相比，沖壓機(jī)內(nèi)的送料裝置(連續(xù)自動(dòng)送料裝置)是非常必要的，但設(shè)備費(fèi)用稍高。

2.2 順序(連續(xù))沖壓加工

連續(xù)沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)：能夠簡(jiǎn)化壓力機(jī)內(nèi)送料裝置，容易增加工序數(shù)，適應(yīng)多品種產(chǎn)品的沖壓加工，還有容易提高加工速度。缺點(diǎn)為：成品率低。

可根據(jù)加工的產(chǎn)品形狀、尺寸、批量等，選擇采用連續(xù)自動(dòng)沖壓加工方式，或選用連續(xù)加工方式。

3 推力滾針軸承

推力滾針軸承套圈幾乎都是利用沖壓加工制成的。加工方法通常是采用2.2節(jié)中闡述的連續(xù)自動(dòng)沖壓加工方法。由于產(chǎn)品厚度薄，加工工序數(shù)比向心滾針軸承的外圈少，但平面度很重要，要考慮沖壓加工、工序及金屬模具形狀。此外，推力滾針軸承的套圈難以利用沖壓加工以提高與滾子接觸的滾動(dòng)面的表面粗糙度。因此，采用表面粗糙度好的坯料，并保持其表面狀態(tài)的加工方式很重要，要在材料供給(送料)裝置、成形工序、沖壓機(jī)內(nèi)傳送、產(chǎn)品送出、乃至后續(xù)工序的處理等多方面予以精心考慮。

4 向心滾針軸承保持架

向心滾針軸承保持架從成形方法來看大致分為以下2類。

4.1 焊接保持架

將帶鋼輾成所要求的形狀，利用沖壓機(jī)成形為保持滾子的兜孔及卡爪之后，卷成圓管狀并焊接。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于與其他方法相比，材料的成品率最高。

4.2 非焊接保持架

非焊接保持架的成形方法主要有以下6種。

? 管料?兜孔沖壓?輾壓成形；

? 管料?兜孔沖壓?沖壓成形；

? 管料?脹形成形?兜孔沖壓；

? 管料?輾壓成形?兜孔沖壓；

? 管料(切削加工件)?兜孔沖壓；

? 管料(切削加工件)?兜孔沖壓?輾壓成形。

圓管料(除切削加工品之外)的成形方法，有以下3種模式：切斷管材；車削深沖件；深沖。各有優(yōu)、缺點(diǎn)，可根據(jù)需要數(shù)量及成本，選擇最佳工序。

4.3 小結(jié)

塑性加工的主要目標(biāo)是產(chǎn)品的高精度和高的生產(chǎn)率，以及對(duì)小批量生產(chǎn)的適應(yīng)能力。因此，沖壓設(shè)備的高剛度化、高速化、小型化，以及板材的高精度是重點(diǎn)，小批量生產(chǎn)的適應(yīng)能力，則需要致力于通用壓力機(jī)的應(yīng)用(包括省略工序)，以及實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間最短化(瞬間完成準(zhǔn)備)等來做研究。

（來源：軸承雜志社）