軸承先進(jìn)鍛造工藝及制造技術(shù)

鄭力元

中國航空工業(yè)集團(tuán)公司金城南京機(jī)電液壓工程研究中心 江蘇南京 2 1 1 1 0 6

軸承鋼具有高而均勻的硬度和耐磨性、精度高、耐疲勞性強(qiáng)、高的彈性極限等優(yōu)點，同時具備一定的韌性和較好的淬透性，才能滿足軸承在機(jī)械工作中承受著極大的壓力和摩擦力。軸承鋼是所有鋼鐵生產(chǎn)中要求最嚴(yán)格的鋼種之一，也是目前用量最大的。

1 軸承鍛造技術(shù)分析

1.1 特點分析

鍛造轉(zhuǎn)型升級材料技術(shù)轉(zhuǎn)型升級標(biāo)準(zhǔn)升級，由GB/T18254-2002升級到GB/T18254-2016，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

冶煉工藝：真空冶煉。增加了微量有害殘余元素的控制：從5個增加到12個。關(guān)鍵指標(biāo)氧、鈦含量、單顆粒球狀夾雜物控制方面接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平。均勻性明顯改善：主要成分偏析明顯改善控軋控冷工藝應(yīng)用，控制軋鋼溫度及冷卻方式，實現(xiàn)雙細(xì)化（奧氏體晶粒、碳化物顆粒細(xì)化），改善碳化物網(wǎng)狀級別。碳化物帶狀合格率明顯提升：控制澆注過熱度，增加軋制比，保證高溫擴(kuò)散退火時間。軸承鋼質(zhì)量一致性提高：實物冶金質(zhì)量爐次合格率大幅度提升。

1.2 鍛造自動化轉(zhuǎn)型

1.2 .1高速鍛造

自動加熱、自動剪切，機(jī)械手自動傳遞，自動成形，自動沖孔、分離，實現(xiàn)快速鍛打，最高速度可達(dá)180次/min，適用于大批量中小軸承、汽車零部件的鍛造，高速鍛工藝優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾方面。

自動化程度高，生產(chǎn)效率高：以哈特貝爾AMP30S高速鍛自動生產(chǎn)線為例：高速鍛造平均班產(chǎn)約33000套，操作工3人；同樣產(chǎn)品普通垂直鍛造班產(chǎn)約8400套，員工10人，人均勞動生產(chǎn)效率提高13倍。鍛件加工精度高，車加工余量少，原材料浪費(fèi)少；鍛件內(nèi)部質(zhì)量好，流線分布有利于增強(qiáng)沖擊韌性和耐磨性，軸承壽命能提高一倍以上。頭尾自動甩料，去除棒料探傷盲區(qū)、端頭毛刺。與常規(guī)鍛造比節(jié)能10%-15%，節(jié)約原材料10%-20%，水資源節(jié)約95%[1]。整個鍛造過程在封閉狀態(tài)下完成；生產(chǎn)過程易于控制，不容易產(chǎn)生水淬裂紋、混料和過燒現(xiàn)象。

無三廢，環(huán)境整潔、噪聲低于80dB；冷卻水封閉循環(huán)使用，基本實現(xiàn)零排放。

采用熱模鍛設(shè)備，在同一臺設(shè)備上完成壓餅、成形、分離、沖孔等工序，工序之間傳遞采用步進(jìn)梁，適用于中型軸承鍛造，生產(chǎn)節(jié)拍10-15次/min。

1.2 .2精密鍛造技術(shù)

精密鍛造工藝的主要目的是實現(xiàn)鍛件由“肥頭大耳”向“近無余量”轉(zhuǎn)變，依靠模具來保證零件結(jié)構(gòu)的成形，大大減少切削加工量，提高材料利用率，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。通過固化工藝流程及成形工藝參數(shù)，可以有效保障產(chǎn)品批產(chǎn)的質(zhì)量一致性和穩(wěn)定性。從航天型號產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，適宜于發(fā)展等溫精密鍛造技術(shù)及精密軋制成形技術(shù)。

為了提高結(jié)構(gòu)可靠性、降低重量，航天型號結(jié)構(gòu)件朝著一體化、輕量化方向發(fā)展，對部分產(chǎn)品的成形工藝提出了新的要求。由于國內(nèi)鍛造裝備的大型化、數(shù)控化已經(jīng)發(fā)展到較高水平，以前不敢想或者很難實現(xiàn)的工藝可以開展相關(guān)工藝研究。但構(gòu)件的大型化、輕質(zhì)化對整體精確成形和組織性能精準(zhǔn)調(diào)控帶來巨大挑戰(zhàn)，制造難點主要集中在精準(zhǔn)調(diào)控合金的內(nèi)部微觀組織、全面提升宏觀力學(xué)性能及精確控制尺寸精度方面。

1.2 .3數(shù)字化鍛造技術(shù)

數(shù)字化制造是先進(jìn)制造技術(shù)的核心，發(fā)展先進(jìn)的鍛造技術(shù)，實現(xiàn)精密化、一體化、柔性化發(fā)展，必須以數(shù)字化制造為基礎(chǔ)。數(shù)字化制造將推動制造技術(shù)由經(jīng)驗制造向科學(xué)制造和可預(yù)測制造轉(zhuǎn)變，通過產(chǎn)品、工藝過程和生產(chǎn)資源的建模仿真及集成優(yōu)化，可實現(xiàn)產(chǎn)品與工藝設(shè)計結(jié)合的早期驗證，不但可以虛擬構(gòu)現(xiàn)產(chǎn)品的成形過程，還可以實現(xiàn)產(chǎn)品的微觀組織及力學(xué)性能定制，因此可以提前發(fā)現(xiàn)問題并修正，避免返工和工期的延誤。

2 軸承加工技術(shù)分析

軸承內(nèi)孔表面是主要加工表面，在粗加工孔的直線性保證后，浮動鏜削適合于加工此類尺寸精度要求高，表面粗糙度值要求比較小的孔，同時浮動鏜削的加工效率比較高，對軸承套內(nèi)孔的加工來說，浮動鏜削加工是最好的選擇[2]。軸承套內(nèi)孔在鏜削加工時，零件孔是豎直方向裝夾，產(chǎn)生的切屑會很容易被冷卻液沖出來，不會被擠壓在刀具與零件表面之間，影響零件表面的粗糙度。同時在鏜削過程中，鏜刀的刀刃與零件表面接觸，冷卻液更容易將產(chǎn)生的熱量降低，熱燒傷現(xiàn)象就能避免出現(xiàn)。使用浮動鏜刀進(jìn)行孔的加工時，加工工藝依次為粗鏜孔、半精鏜孔和精鏜孔三個步驟[3]。粗鏜孔的主要任務(wù)是盡可能快地切除掉孔的多余材料，可使用YG6硬質(zhì)合金材質(zhì)的刀具，這種材料有較好的強(qiáng)度和沖擊韌性。精鏜作為其中一個主要的工序，精鏜孔是對已經(jīng)鍛造或初步經(jīng)過粗加工的孔進(jìn)行加工，通過精鏜的切削加工，使孔的直徑尺寸達(dá)到孔的設(shè)計尺寸，提高孔表面的加工質(zhì)量，對粗加工時孔軸線出現(xiàn)的直線度誤差實現(xiàn)糾正。在精鏜孔的時候選用的是整體式浮動鏜刀，選用YG8硬質(zhì)合金材質(zhì)的切削刃，這種切削刃的材料耐磨性好，同時在加工過程中選用較小的背吃刀量和較小的進(jìn)給速度，從而獲得滿足圖紙要求的零件。

3 結(jié)語

鍛造涉及材料種類繁多，鍛造過程及模具存在主觀和客觀方面的復(fù)雜性、多樣性，在材料技術(shù)、自動化技術(shù)、加熱技術(shù)、控形控性技術(shù)、近凈成形技術(shù)方面還有很多提升空間，尤其是近凈成形數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用方面，還不是十分廣泛，材料數(shù)據(jù)庫中實際應(yīng)用數(shù)據(jù)較少，模擬變形數(shù)據(jù)與實際還有一定差異，需對材料高溫變形進(jìn)行大量試驗，以獲取高溫變形的實際數(shù)據(jù)，提高模擬仿真的準(zhǔn)確性。隨著鍛造仿真模擬技術(shù)的研究，相信近凈成形技術(shù)一定會廣泛應(yīng)用于少無切削的精密鍛造領(lǐng)域。