D56K250大型精密冷輾環機

劉岷，劉金川

(洛陽國華軸承機械有限公司，河南 洛陽 471003)

精密冷輾技術在軸承行業應用日益廣泛，領域逐步擴大。最新研制成功的D56K250精密冷輾環機是目前國內最大規格的冷輾環機，其加工范圍也超過了國外的大型機。D56K250冷輾環機投入應用后，使冷輾工件最大外徑由200 mm增加到260 mm，最大工件質量由3 kg增加到6.5 kg，大幅度擴大了冷輾工藝在軸承套圈加工中的應用范圍。

1 結構及其技術特點

1.1 結構及主要參數

D56K250型冷輾環機結構簡圖如圖1所示，主要參數如表1所示。采用預應力的框架式機架作為承力構件，輾壓輥與芯輥水平布置，輾壓輥部件緊固在機架的墻板上，芯輥部件搭載在主滑塊上，由低阻尼油缸加載。托輥位于機架的下部，其位置控制由伺服電動機通過減速機構實現。工作時，冷輾毛坯由機械手置入由輾壓輥和芯輥形成的工作區內，輾壓輥為主動軸，帶動毛坯旋轉，主油缸實施工作進給對毛坯進行加載，毛坯帶動芯輥被動旋轉，實現對毛坯的輾壓。隨著主油缸的持續進給，芯輥逐步趨近輾壓輥，使得毛坯壁厚減薄、外徑擴大，逐步成形至達到目標尺寸。在整個輾擴過程中，托輥與主滑塊的進給實現聯動，保持冷輾件的中心處于適當位置，保證了輾擴姿態的穩定。

1—托輥伺服控制裝置；2—機架；3—輾壓輥；4—托輥；5—芯輥； 6—主滑塊；7—工件；8—主油缸；9—冷卻液站

表1 D56K250的主要參數

1.2 液壓進給控制系統

進給系統要求具有在大載荷下的持續微進給能力，且變速范圍要大，典型工作速度為0.02～1.5 mm/s，最大要求為15 mm/s 。中小型冷輾環機的進給系統普遍采用伺服電動機與滾珠絲杠結構，加工零件單重為50～2 000 g，可實現最大300 kN的輾壓力[1]。但大型冷輾機加工件質量較大，最大可達8 000 g，所需輾壓力成倍提高，使用滾珠絲杠已經難以承受，故D56K250采用了油缸直接驅動的液壓進給形式。其優點是結構緊湊，輾壓力較大，缺點是低速性能較差，且受油溫影響較大。由于本機采用了高響應比例閥調速，用光柵尺對主滑塊位置反饋并測出實際速度，繼而對比例閥功率放大器的輸出進行修正，可實現速度的精確控制。圖2為主滑塊速度控制框圖。

圖2 主滑塊速度控制框圖

為避免主滑塊出現低速爬行，主油缸采用了聚四氟乙烯材質的低阻尼密封圈，并應提高油缸的加工精度，主滑塊導軌采用預載荷十字交叉滾柱導軌等。經實測，D56K250冷輾環機的最小可控持續微進給速度為0.02 mm/s，完全滿足大型冷輾件的加工需要。

1.3 可編程隨動托輥與輾擴過程聯動

大型工件冷輾變形量大，且變形過程復雜，當輾擴中出現“失圓”時，套圈在工作區振幅很大，通常用的液壓反作用力形式的托輥在這種狀態下容易產生自激振動，導致輾擴過程惡化，產品精度變差，已不適用。D56K250采用了伺服控制的隨動托輥，伺服電動機通過減速機構帶動托輥擺動，通過程序控制與滑塊進給實現聯動，實現輾擴過程中全程位置控制，可使套圈在冷輾過程中始終保持恒定的中心高，極大地提高了冷輾過程的穩定性，有利于圓度和尺寸控制。

1.4 節能設計

(1)冷輾環機能耗最大的是拖動輾壓輥的主電動機。由于工件質量大，輾壓力很大，要求輾壓輥有足夠的功率輸出，每個工件冷輾過程約30～45 s，輾壓輥電動機輸出功率的峰值為持續2～3 s的短暫平臺，在此前、后階段所需的功率均大幅度下降，采用普通三相異步電動機時必須按照最大峰值功率選取電動機容量，這樣大部分工作時間功率因數較低，電能浪費較大。D56K250冷輾機采用了主軸交流伺服電動機，其具有2.8倍高峰值力矩特性，具有強勁的加速力矩和快速的動態響應特性，可減少主電動機容量30%以上。同時可方便地實現軟啟動、調速、制動及測速功能。

(2)低能耗油路設計。針對D56K250在工作時液壓系統高壓小流量、低壓大流量的特點，設計了高、低壓泵并聯的液壓油路，大幅度減少了能耗，并減小液壓系統溫升。

通過以上措施，D56K250冷輾環機的總用電功率不到50 kW。

2 適用范圍

2.1 適用產品類型

D56K250可用于加工各種類型對稱結構的軸承套圈，如深溝球軸承、調心滾子軸承、調心球軸承、圓柱滾子軸承的內、外圈以及外球面軸承、關節軸承及雙列圓錐滾子軸承外圈等，也可用于冷輾加工其他類似形狀的碳鋼、合金鋼、不銹鋼或有色金屬環形零件。

2.2 主要工藝類型

D56K250可以采用精輾、粗輾和溫輾等多種工藝類型。

2.2.1 精輾

對鍛造的毛坯進行切削加工，達到一定幾何精度和質量誤差范圍后可進行冷輾擴，輾成品可達到與車工件相當的技術要求，但密封槽、止動槽等需補充加工，還要在淬火前去除兩個端面余量。精輾的尺寸、形狀精度靠冷輾環機保證，工序較少，節材和減少工時較為明顯。 以22228/01為例(圖3)，其車工件所用鍛件下料質量為7 400 g，采用冷輾工藝時，毛坯下料質量僅為6 550 g，每件節約材料達850 g，同時減少車工工時約40%，具有良好的經濟效益。

圖3 22228/01 冷輾毛坯與成品圖

2.2.2 粗輾

待輾毛坯為鍛件狀態，經噴丸去除毛刺與飛邊后進行冷輾擴，工件口徑擴大，壁厚減薄，截面形狀大體接近成品，各面均有加工余量，再通過切削加工獲得成品。粗輾是一種效率很高的加工方式，由于成品套圈精度由冷輾后的機加工保證，因此冷輾的要求較低，輾擴成本較低。粗輾也是一種精密輾擴，僅指毛坯較“粗”。D56K250具有獨立的機外潤滑站，可對冷輾油進行粗、精過濾，從而避免了粗輾工件的氧化皮、鐵銹等對冷輾油的污染，并改善冷輾環機工作環境。

2.2.3 溫輾

隨著冷輾工件質量的增大，所需輾壓力迅速提高，采用溫輾擴可以顯著降低輾壓力，并有利于輾壓復雜形狀的環件。在輾擴一些有色金屬時，加熱后可提高金屬塑性，使一些在常溫下難以冷輾的環件得以輾擴成形。D56K250實行溫輾時，可使用水基石墨作為潤滑液對模具進行降溫。

3 結束語

D56K250是迄今國產冷輾環機中控制水平較高的機型，其研制過程解決了一系列難題，取得了多項技術創新，完成的多項技術成果如：伺服控制隨動托輥、交流伺服電動機拖動輾壓輥的節能設計及機床熱變形的控制技術等，這些技術都正逐步在D56K系列冷輾環機的其他型號中得以推廣應用，將有力地推動國產冷輾裝備的發展。

隨著對更多型號的大型軸承套圈冷輾工藝的不斷開發，經驗的逐步積累，將更加有助于大型機的不斷完善，對未來開發加工尺寸段300 mm以上乃至400 mm、工件質量達20 kg的重型冷輾環機奠定基礎。