軸承套圈是滾動(dòng)軸承的重要零件,其重量一般約占軸承總重量的60~70% ,套圈毛坯有鍛件、冷擠件、溫?cái)D件、管料和棒料等,其中鍛件約占套圈毛坯總數(shù)的85%左右。

軸承毛坯加工是軸承生產(chǎn)的第一道工序，套圈毛坯質(zhì)量的好壞，生產(chǎn)率的高低，將對(duì)軸承產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、壽命及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生重要的影響。這是因?yàn)槊髻|(zhì)量的大小(包括毛坯的成型方式)決定軸承的材料利用率，套圈的內(nèi)部質(zhì)量包括材料的致密度、金屬纖維流線分布、晶粒度和形變熱處理等, 對(duì)軸承壽命有較大的影響。毛坯尺寸分散度和幾何形狀精度差則是造成廢品率高、不能正常自動(dòng)化生產(chǎn)、影響后續(xù)工序的加工質(zhì)量(誤差復(fù)印規(guī)律原因)的主要原因。毛坯加工工藝、設(shè)備精度和性能決定了毛坯質(zhì)量。毛坯的好壞直接影響車削加工精度,而車削加工的好壞又影響磨削精度和效率。

一、軸承套圈鍛造加工的目的：

1、獲得與產(chǎn)品形狀相近的毛坯，從而提高金屬材料利用率,節(jié)約材料,減少機(jī)械加工量,降低綜合成本。

2、消除金屬內(nèi)在缺陷，改善金屬組織,使金屬流線分布合理,金屬緊密度好,從而提高軸承的使用壽命。

二、軸承套圈鍛造方式簡(jiǎn)介

軸承套圈鍛造的方式很多,套圈的形狀又都各不相同,加之尺寸范圍有比較大,生產(chǎn)批量也不同,故而軸承鍛造成型工藝也是多種多樣的。目前各種鍛造成型工藝的流程見下圖示。

例:

a)機(jī)械壓力機(jī)/油壓機(jī)單件擠壓成型鍛造工藝圖示：

單件擠壓成型工藝流程

b)套鍛 - 輾環(huán)成型鍛造工藝圖示：

套鍛-輾環(huán)成型鍛造工藝流程

c)塔鍛 - 輾環(huán)成型鍛造工藝圖示：

塔鍛-輾環(huán)成型鍛造工藝流程

d)空氣錘/電液錘&液壓錘自由鍛 - 輾環(huán)成型鍛造工藝圖示：

自由鍛-輾環(huán)成型鍛造工藝流程

三、軸承毛坯鍛造工藝及設(shè)備簡(jiǎn)介

1、下料

下料是鍛造的第一道工序。下料質(zhì)量的高低即重量、尺寸的精確與否、斷面的幾何形狀的好壞等,將直接影響鍛造工藝和鍛件的質(zhì)量。

國外軸承行業(yè)由于采用高速鐓鍛機(jī)、平鍛機(jī)帶側(cè)滑塊的多任務(wù)位機(jī)械壓力機(jī)/油壓機(jī)等鍛造生產(chǎn)線較多,這些生產(chǎn)線直接用棒料鍛造成軸承套圈,因而下料的數(shù)量相對(duì)較少。為了提高下料的幾何精度和重量精度，一是對(duì)棒料實(shí)行徑向壓緊,二是提高剪切速度。而且國外下料設(shè)備的自動(dòng)化程度較高,一般都具有上下料、送料、自動(dòng)排除頭尾自動(dòng)檢測(cè)下料長度、重量等裝置。

由于傳統(tǒng)的下料方法基本上是開式剪切，下料質(zhì)量差,其重量誤差在5%左右,端面傾斜度遠(yuǎn)大于3°，因此國內(nèi)各廠家都在探索一些新的方法。

對(duì)于國內(nèi)大部分廠家來說一般是應(yīng)用單點(diǎn)機(jī)械壓力機(jī)/油壓機(jī)配合模具進(jìn)行剪切下料的，因此,在模具的改進(jìn)上做了許多有益的工作。下料質(zhì)量主要是受剪切時(shí)棒料的軸向竄動(dòng)和翹曲的影響,為此出現(xiàn)了兩種剪切模具，下面各自分作介紹：

A、套筒式剪切模。 即使剪切定刀片和動(dòng)刀片的形狀與棒料截面形狀相同,以限制剪切時(shí)棒料的翹曲和刀片對(duì)棒料剪切時(shí)的壓扁,使剪切質(zhì)量得到明顯提高。實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)冷下料重量誤差可控制在2%以內(nèi),端面傾斜度小于3°。

B、約束剪切模。 即以徑向夾緊的方式使棒料的翹曲、軸向竄動(dòng)和切口壓扁均受到限制。這種方式有的僅在定刀端夾緊,有的在定刀端和動(dòng)刀端均予以夾緊,其夾緊方式有氣缸式的,也有機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)的。刀片均采用與棒料截面形狀相同的形狀,另外,這種模具還可帶有自動(dòng)送進(jìn)裝置。這種方式的下料重量差在1%以內(nèi),端面傾斜度小于2°。

棒料熱剪切機(jī)的使用也在增多,基本上是以生產(chǎn)線的形式運(yùn)行。采用中頻感應(yīng)加熱、自動(dòng)上料、自動(dòng)進(jìn)料、自動(dòng)送檢,自動(dòng)化程度高,并且剪切機(jī)具有徑向夾緊裝置、機(jī)身剛性好、擋料自動(dòng)調(diào)整等功能,剪切質(zhì)量也較以前的老式剪切機(jī)有了很大提高,可達(dá)到剪切重量誤差不大于1.5% ,端面傾斜度在3°以內(nèi)。

帶鋸下料是國外,國內(nèi)已有使用。由于帶鋸采用高剛性的結(jié)構(gòu),導(dǎo)軌的導(dǎo)向可靠；進(jìn)給控制保證了工作中低速穩(wěn)定和切削力穩(wěn)定;棒料夾緊可靠等.從而,使下料重量精確,端面質(zhì)量好,并且下料范圍廣。

影響鍛造材料利用率的因素很多,但精確下料是實(shí)現(xiàn)精密鍛造的先決條件之一，是節(jié)材最有利可為的事宜?？傊?下料質(zhì)量對(duì)鍛造而言,主要有以下三個(gè)方面的影響：

1、下料影響材料的利用率；

2、下料影響鍛造工藝；

3、下料影響鍛件的質(zhì)量。

在我們討論采用何種方式下料時(shí), 首要考慮的是批量、材質(zhì)和工藝要求的精度。其次是投資和使用成本。在我們決定采用進(jìn)口還是國產(chǎn)設(shè)備時(shí),關(guān)鍵要考慮設(shè)備的可靠性,設(shè)備的適用性及技術(shù)含量。

2、加熱

正確地加熱金屬坯料和對(duì)其加熱溫度進(jìn)行準(zhǔn)確及時(shí)的測(cè)量,對(duì)于減少設(shè)備噸位,提高鍛件質(zhì)量,降低燃料消耗均具有重要意義，是鍛造前需要解決的重要問題。根據(jù)熱源不同,在鍛壓生產(chǎn)中金屬的加熱方法可分為兩大類：火焰加熱和電加熱。而我們目前使用最普遍的一般為燃?xì)饧訜?天燃?xì)?煤氣)和中頻感應(yīng)加熱。

3、鍛造工藝

套圈鍛造按設(shè)備組合盒或選擇的方式一般有機(jī)械壓力機(jī)/ 油壓機(jī)、平鍛機(jī)、鍛錘三種方式,但是,隨著鍛壓技術(shù)的發(fā)展和對(duì)軸承質(zhì)量要求的提高,平鍛機(jī)鍛造工藝相對(duì)落后了,目前普遍使用的是機(jī)械壓力機(jī)/油壓機(jī)和鍛錘(空氣錘/電液錘)鍛造。下面簡(jiǎn)單地闡述一下壓力機(jī)和鍛錘。

a)機(jī)械壓力機(jī) /油壓機(jī)鍛造

在機(jī)械壓力機(jī)/油壓機(jī)上鍛造軸承套圈鍛件除些小型鍛件在機(jī)械壓力機(jī) /油壓機(jī)上直接鍛造成型外,一般都把機(jī)械壓力機(jī) /油壓機(jī)與輾環(huán)機(jī)聯(lián)起來,組成流水作業(yè)一火鍛造生產(chǎn)線,由機(jī)械壓力機(jī)/油壓機(jī)提供輾擴(kuò)前的毛坯,然后經(jīng)輾環(huán)機(jī)輾擴(kuò)成型獲得鍛件。這樣可降低對(duì)機(jī)械壓力機(jī)/油壓機(jī)鍛造的要求, 以便充分利用和發(fā)揮輾擴(kuò)工藝的優(yōu)點(diǎn),因而提高了整個(gè)套圈鍛件生產(chǎn)的效率, 提高了鍛件的尺寸精度和內(nèi)部質(zhì)量。機(jī)械壓力機(jī)/油壓機(jī)鍛造對(duì)模具要求較高,但對(duì)操作工的要求一般,且鍛造質(zhì)量精確、穩(wěn)定。

b)空氣錘 /電液錘鍛造

空氣錘/電液錘鍛造生產(chǎn)軸承套圈鍛件,是把已加熱到鍛造溫度的毛坯料段,利用金屬的可塑性變形,借助于鍛錘的打擊作用力來改變毛坯的幾何形狀以及改善金屬組織和性能。在現(xiàn)階段仍是單件和小批量套圈鍛件和大型、特大型套圈鍛件生產(chǎn)的有效鍛造工藝方法。鍛錘的設(shè)備價(jià)格比機(jī)械壓力機(jī)/油壓機(jī)低,而且比較容易獲得。而且錘上鍛造用的鍛工工具和胎膜,形狀簡(jiǎn)單成本低廉,通用性大,消耗量低,在經(jīng)濟(jì)上劃算,管理上方便。但對(duì)操作工要求極高,勞動(dòng)強(qiáng)度大,精度尺寸較低,在經(jīng)濟(jì)力量允許的情況下,仍需優(yōu)先考慮壓力機(jī)鍛造工藝。

4、輾擴(kuò)工藝

輾擴(kuò)是一種在專用擴(kuò)孔機(jī)上將套圈毛坯壁厚減薄,使內(nèi)徑和外徑同時(shí)擴(kuò)大, 并獲得要求端面形狀的工藝。

輾擴(kuò)工藝在軸承套圈鍛造生產(chǎn)中,應(yīng)用十分廣泛。它與錘、機(jī)械壓力機(jī)/油壓機(jī)的成型工藝聯(lián)合使用,組成生產(chǎn)線,具有很大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果;其優(yōu)點(diǎn)如下：

A、提高鍛件的幾何精度和尺寸精度,消除壁厚差,并使鍛件形狀最大限度地接近套圈的成品形狀,因而可以降低鍛件的留量和公差,提高材料利用率,減小機(jī)械加工工作量；

B、提高鍛件的內(nèi)部質(zhì)量。 經(jīng)過輾環(huán)的套圈晶粒致密, 纖維流向良好,從而提高了軸承的抗疲勞壽命。試驗(yàn)證明,輾環(huán)擴(kuò)套圈的內(nèi)部質(zhì)量比其它鍛造方法獲得鍛件或鋼管直接車削的套圈大有提高；

C、改善切削性能。輾擴(kuò)套圈的晶粒呈圓周方向分布,且晶粒細(xì)化,此外幾何精度高,表面光潔,因此機(jī)械加工性能好,切削刀具磨損??；

D、可擴(kuò) 大加工尺寸范圍,用較小的設(shè)備加工較大的套圈鍛件,充分發(fā)揮鍛錘、壓力機(jī)等設(shè)備的生產(chǎn)潛力；

E、由于鍛件最終形狀的精度是在輾擴(kuò) 過程中獲得的,因而可降低對(duì)制坯工序毛坯的精度要求,減少工藝調(diào)整時(shí)間,提高模具壽命,提高了上工序的勞動(dòng)生產(chǎn)效。

輾環(huán)機(jī)有臥式和立式兩種,分別見下面的圖片范例：

立式輾環(huán)機(jī)圖片

操作示意圖

臥式輾環(huán)機(jī)圖片

5、整形(整徑)工藝

輾擴(kuò)工藝雖能獲得精度較高的鍛件,但是由于下料質(zhì)量、輾擴(kuò)溫度、擴(kuò)孔機(jī)剛性和調(diào)整操作等原因,套圈尺寸的一致性以及橢圓度、錐度等仍不十分理想。

近年來,為了進(jìn)一步提高輾環(huán)鍛件的精度, 在軸承套圈鍛造生產(chǎn)線上,普遍于在輾擴(kuò)之后增加一道整形工序。通過整外徑或內(nèi)徑,糾正橢圓度、錐度等幾何偏差,統(tǒng)一外徑或內(nèi)徑尺寸,提高鍛件外觀質(zhì)量和鍛件的合格率,并為車削工序創(chuàng)造有利條件。

6、鍛件的檢查和清理

a)鍛件的檢查

鍛件的質(zhì)量檢查是生產(chǎn)過程中不可或少的一個(gè)重要組成部分。通過檢查,能及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題,保證鍛件質(zhì)量的有效手段。目前檢查的內(nèi)容及方法有：鍛件尺寸檢查、鍛件幾何形狀誤差檢查、表面缺陷檢查、內(nèi)部缺陷及退火質(zhì)量檢查等。另外,在鍛造生產(chǎn)過程中,有時(shí)還要用光學(xué)高溫計(jì)、熱電偶、紅外測(cè)溫儀檢查加熱溫度和鍛造加熱、冷卻規(guī)范的執(zhí)行情況。檢查鍛件質(zhì)量的依據(jù),主要是鍛造工藝卡片和鍛件技術(shù)條件等檢驗(yàn)技術(shù)文件。對(duì)于幾何精度的檢查,目前一般要求的的項(xiàng)目如下：表面凹坑和毛刺；壁厚差；端面平面度;兩端直徑之差；直徑變動(dòng)量。

b)鍛件的清理

進(jìn)行鍛件清理的目的是去除鍛件的毛刺和氧化鈹。

鍛件毛刺的清理：鍛件毛刺超出技術(shù)文件的要求時(shí),應(yīng)在砂輪機(jī)和車床上去除,一般都在退火之前進(jìn)行。

鍛件氧化鈹?shù)那謇恚焊鶕?jù)零件的加工要求在鍛件退火前后進(jìn)行鍛件氧化鈹?shù)那謇怼Ｇ謇矸椒ㄓ信P式滾筒清理和拋丸滾筒清理兩種。

7、鍛后冷卻

為了使鍛件獲得良好的組織,盡量減少網(wǎng)狀碳化物的形成,或避免因冷卻速度太快形成溫度應(yīng)力而使鍛件開裂,鍛件鍛后應(yīng)有合理的冷卻速度。

對(duì)于軸承鋼，主要是考慮網(wǎng)狀碳化物的形成，要求冷卻速度較快,當(dāng)終鍛溫度高于850℃時(shí),應(yīng)采用噴霧冷卻,冷卻速度要求在50~ 150℃/min ,待溫度降至700℃以下時(shí),則可堆放起來冷卻，因此時(shí)金屬內(nèi)部不會(huì)再析出網(wǎng)狀碳化物，同時(shí)堆放冷卻能夠使冷卻速度較慢, 以消除快速冷卻時(shí)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。

對(duì)于無鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹軸承鋼,冷卻速度應(yīng)慢一些,鍛后應(yīng)采取堆放冷卻或自然冷卻,防止冷卻速度太快而造成開裂。高合金鋼也一樣,鍛后多采取抗冷、干灰冷等進(jìn)行緩慢冷卻。