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軸承套圈是滾動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)量相對較少。為了提高下料的幾何精度和重量精度，一是對棒料實(shí)行徑向壓緊二是提高剪切速度。而且國外下料設(shè)備的自動化程度較高一般都具有上下料、送料、自動排除頭尾自動檢測下料長度、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)量主要是受剪切時棒料的軸向竄動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刀片的形狀與棒料截面形狀相同以限制剪切時棒料的翹曲和刀片對棒料剪切時的壓扁使剪切質(zhì)量得到明顯提高。實(shí)際生產(chǎn)中對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、自動上料、自動進(jìn)料、自動送檢自動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?？傊铝腺|(zhì)量對鍛造而言主要有以下三個方面的影響：
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 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其加熱溫度進(jìn)行準(zhǔn)確及時的測量對于減少設(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)展和對軸承質(zhì)量要求的提高平鍛機(jī)鍛造工藝相對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)鍛造對模具要求較高但對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。但對操作工要求極高勞動強(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制坯工序毛坯的精度要求減少工藝調(diào)整時間提高模具壽命提高了上工序的勞動生產(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重要組成部分。通過檢查能及時發(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)過程中有時還要用光學(xué)高溫計(jì)、熱電偶、紅外測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?。清理方法有臥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℃以下時則可堆放起來冷卻，因此時金屬內(nèi)部不會再析出網(wǎng)狀碳化物，同時堆放冷卻能夠使冷卻速度較慢 以消除快速冷卻時產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。
對于無鉻軸承鋼、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。
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