軸承套圈鍛造工藝研究

王發(fā)

摘 要：軸承套圈的鍛造是機(jī)械鍛造中一個(gè)核心課題，文章對此展開論述，首先對軸承套圈鍛造工藝現(xiàn)狀進(jìn)行簡介，接著闡述軸承套圈鍛造工藝的基本設(shè)計(jì)原則，在此基礎(chǔ)上結(jié)合軸承套圈鍛造工藝本身的特殊性，從建立產(chǎn)品及鍛造工藝模型以及套圈鍛造工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行深入的闡述。

關(guān)鍵詞：軸承套圈；鍛造工藝；優(yōu)化設(shè)計(jì)

引言

軸承套圈的鍛造是機(jī)械鍛造中比較典型的一類加工。軸承套圈指的是環(huán)形且有著多個(gè)滾道結(jié)構(gòu)的向心軸承。軸承在機(jī)械制造等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。其在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢是裝拆過程十分簡易、軸向不會(huì)發(fā)生改變、且軸向的位置能夠輕易被調(diào)整。軸承套圈結(jié)合具體的結(jié)構(gòu)，也可以細(xì)分成不少類型，例如圓錐內(nèi)圈與外圈、雙滾道內(nèi)外圈等等。在機(jī)械鍛造領(lǐng)域，對于軸承套圈鍛造工藝的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和方法優(yōu)化是一個(gè)核心課題，掌握好軸承套圈鍛造的工藝，一方面能夠降低加工的支出成本，另一方面也能夠保證套圈產(chǎn)品的質(zhì)量，具有比較好的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。

1 軸承套圈鍛造工藝概述

軸承套圈是一種應(yīng)用非常廣泛的機(jī)械部件，一個(gè)軸承套圈鍛件成品一般都要經(jīng)過多道次的毛坯逐點(diǎn)逐步鍛造變形而獲得，其具體的制造可以細(xì)分成四個(gè)步驟：粗模的鍛造、鍛件的熱處理、在電腦監(jiān)控下進(jìn)行精確磨削、標(biāo)志的添加。文章關(guān)注的重點(diǎn)是其在鍛造的時(shí)候所采用的工藝。在零件的鍛造中，如果由于工藝的不完善而導(dǎo)致的過燒、過熱等情況發(fā)生，便會(huì)顯著影響到軸承本身的強(qiáng)度和質(zhì)量。因此一定要在鍛造過程的全程中嚴(yán)格實(shí)時(shí)控制鍛造環(huán)境的溫度、循環(huán)加熱等參數(shù)，尤其是一些體積相對較大的軸承品種，如果成品的溫度超過了七百攝氏度，嚴(yán)禁以堆積的方式進(jìn)行碼放。文章的闡述均以圓錐滾子軸承套圈為例。此類軸承的鍛造大部分使用的是單擠工藝，尤其是對一些體積偏大的軸承而言，應(yīng)把鍛造原料進(jìn)行加熱，并通過擠壓使其基本成形，然后通過切芯擴(kuò)孔，進(jìn)行外徑和內(nèi)徑的調(diào)整，形成軸承。

2 軸承套圈鍛造工藝原則

（1）重量守恒。指的是所有鍛造的鍛件在質(zhì)量方面要完全相同。這個(gè)準(zhǔn)則一方面應(yīng)該考慮參與鍛造的鍛件在煅燒工序之后的材料損失，包括火耗、尺寸公差等因素，另一方面還應(yīng)顧及參與鍛造的鍛件在工序中，由于溫度的變化，導(dǎo)致鍛件本身的大小受到影響，只有嚴(yán)格控制以上的因素，才能夠作出隔閡的軸承套圈鍛造產(chǎn)品。（2）減少缺陷。軸承套圈的鍛造是一個(gè)相對復(fù)雜的工藝過程，絕非幾項(xiàng)簡單操作的集合，必須在各類參數(shù)嚴(yán)格控制之下才能產(chǎn)出成品，由于外界環(huán)境并非完全理想，因此所有的工序均能夠存在一些擾動(dòng)因素而導(dǎo)致缺陷的發(fā)生。缺陷的外在表現(xiàn)形式，有時(shí)是毛刺、凹坑，有時(shí)是圓角等，假若無法在具體的工藝中進(jìn)行圓整操作，將會(huì)使各類缺陷最終反映在鍛件成品上，導(dǎo)致鍛件的質(zhì)量發(fā)生重大缺陷。因此在具體操作的工藝中，要盡最大努力保證鍛件的毛皮條件，并且鍛造應(yīng)有足夠大的變形量，從而降低毛坯中缺陷的發(fā)生率。（3）同比例變形。一個(gè)合格的軸承套圈產(chǎn)品，需要經(jīng)歷多個(gè)鍛造工序，在各類工序之中均會(huì)經(jīng)歷很多次變形過程，假若半成品的每一個(gè)部分在變形方面沒能遵循比例，則會(huì)由于誤差的疊加導(dǎo)致毛刺、凹坑、圓角等各類缺陷的產(chǎn)生，又由于在加工過程中的變形導(dǎo)致的短劍內(nèi)部應(yīng)力，最終很容易使其發(fā)生變形，成為不合格產(chǎn)品。

3 軸承套圈套鍛造工藝及優(yōu)化

對于軸承套圈的鍛造，本身具備一些特殊之處。此處以內(nèi)外圈雙擴(kuò)孔工藝作為案例進(jìn)行探討，其具體的步驟包括九項(xiàng)，分別是原料的準(zhǔn)備、原料加熱至適合溫度、對原料進(jìn)行套切、套切后的漲孔壓平、對外圈進(jìn)行擴(kuò)孔、對內(nèi)外徑進(jìn)行調(diào)整、軸承內(nèi)圈成形、軸承切底以及軸承內(nèi)圈擴(kuò)孔。在這九項(xiàng)工序之中，尤以其中的套切工序最為重要。原因是此工序能夠決定將來成品的內(nèi)、外圈配重、擴(kuò)孔比等重要參數(shù)，因此該工序基本上決定了最終成形的鍛件的質(zhì)量。而鍛件擴(kuò)孔比的選取則能夠決定著單件生產(chǎn)時(shí)間，因此對批量生產(chǎn)產(chǎn)品的情況非常重要。

此外還有一個(gè)關(guān)鍵工序控制，就是壓平量及擴(kuò)孔比。原因在于：首先繞過所選擇的擴(kuò)孔比足夠大，則避免毛坯鍛件產(chǎn)生缺陷的能力就越高，鍛件經(jīng)過輾擴(kuò)以后便會(huì)形成更為致密的內(nèi)部組織，而因?yàn)楸缓芏嗤獠織l件所制約，導(dǎo)致鍛件的擴(kuò)孔比是無法取太大數(shù)值的，而假若擴(kuò)孔比不夠大，則避免毛坯鍛件缺陷的能力便會(huì)較低，這就對前道工序提出了更高的要求，使鍛造流程的消耗上升，所以擴(kuò)孔比在取值方面也不能過于低，結(jié)合作者的經(jīng)驗(yàn)，在軸承套圈鍛造的過程中，將擴(kuò)孔比控制在1.5左右能夠達(dá)到較好的效果。其次是對壓平量的參數(shù)控制，如果此參數(shù)過大，則鍛件在漲孔壓平操作之后，其所形成的毛坯便會(huì)在表面出現(xiàn)一些外觀缺陷，只有繼續(xù)增加鍛件的擴(kuò)孔比，再能通過輾擴(kuò)的工序盡量減少這些缺陷，如果此參數(shù)過小，則毛坯鍛件表面的外觀缺陷便會(huì)比較少，所以只需不大的擴(kuò)孔比便可消除這些缺陷，而另一方面，結(jié)合筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，此參數(shù)的選取可控制在20%Cn左右。

以上所闡述的是傳統(tǒng)的成熟鍛造工藝，從傳統(tǒng)工藝的典型步驟能夠看出，如果要進(jìn)一步增強(qiáng)鍛造材料的利用率以及產(chǎn)品的質(zhì)量合格率，最核心的步驟便是輾擴(kuò)工序。當(dāng)前較常使用的輾擴(kuò)工序一般多為直圈輾擴(kuò)方式。不少實(shí)踐領(lǐng)域的技術(shù)人員和工程專家均在最新的研究中將原直圈輾擴(kuò)升級成仿形輾擴(kuò)，其工藝的優(yōu)化來自兩個(gè)方面，一是對套圈鍛件的尺寸留量進(jìn)行調(diào)節(jié)，二是對其形狀進(jìn)行調(diào)整，最終達(dá)到增加材料利用率的目的。而其中最為關(guān)鍵的軸承套圈輾擴(kuò)工序，目前難以完全令人滿意。隨著技術(shù)的發(fā)展，不少專家學(xué)者和生產(chǎn)實(shí)踐的一線人員均在探索軸承套圈鍛造工藝的優(yōu)化方法策略，并已經(jīng)取得了值得引入的方法。文章重點(diǎn)闡述的優(yōu)化方法是：下料、加熱、鐓粗、擠壓、切底、輾擴(kuò)、噴丸。鍛造流程闡述如下：（1）軸承數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建。此庫中動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)了軸承工藝參數(shù)信息，為鍛造過程的實(shí)時(shí)控制提供支持。（2）軸承模型的構(gòu)建。首先能夠在軸承模型內(nèi)通過具體的程序來驗(yàn)證數(shù)據(jù)庫中信息的準(zhǔn)確性，此外也能夠通過軸承模型提供成品加工的模板。（3）構(gòu)建軸承套圈優(yōu)化模型。在優(yōu)化模型中應(yīng)該包含軸承套圈公差標(biāo)準(zhǔn)和尺寸等關(guān)鍵信息。在具體的設(shè)計(jì)過程只，僅需提供必要的軸承產(chǎn)品信息，便能夠在工藝模型庫中生成所需的工藝數(shù)據(jù)。

在具體的鍛造過程中，應(yīng)結(jié)合所述的優(yōu)化工藝。結(jié)合23222CA的軸承內(nèi)圈工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鍛造，需要注意的是，鍛造流程的粗車工序，應(yīng)該及時(shí)去除半成品滾道由于高溫而產(chǎn)生的氧化薄層，從而確保刀具的精度。這一步驟能夠以多種方式完成：例如可以通過仿形法去掉產(chǎn)品圓弧表面，也可以通過成型車刀等等。作者結(jié)合自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際操作的過程中采取了第二個(gè)方案，結(jié)果顯示完全能夠達(dá)到軸承套圈的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，材料利用率可以在原來基礎(chǔ)上平均提高3～4%。表1所示為測試結(jié)果。

表1 軸承套圈優(yōu)化前后技術(shù)數(shù)據(jù)對比

4 結(jié)束語

在機(jī)械鍛造領(lǐng)域，軸承套圈鍛造工藝的研究一直是一個(gè)焦點(diǎn)，良好的鍛造工藝能夠保證工業(yè)資源的節(jié)約、減少制造成本。在實(shí)踐中，有不少專家學(xué)者和技術(shù)領(lǐng)域的人才均在不斷地摸索鍛造工藝的優(yōu)化方案，最終提高金屬材料利用率，節(jié)約原材料，減少機(jī)械加工量，降低成本保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]謝懿.實(shí)用鍛壓技術(shù)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[2]周大雋，韓鵬彪.鍛壓技術(shù)數(shù)據(jù)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]王榮橋，朱凱.UG零件設(shè)計(jì)教程（UnigraphicsV18.0）[M].北京：北京希望電子出版社，2012.