滾動軸承制造技術(shù)的新發(fā)展

滾動軸承制造技術(shù)的新發(fā)展

1滾動軸承載工藝1.1軸承套圈鑄造技術(shù)在軸承生產(chǎn)中，套圈貨物的質(zhì)量和生產(chǎn)能力對軸承產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、長度和公司經(jīng)濟(jì)效益都有重要影響。毛坯留量的大小(包括毛坯的成形方式)決定軸承材料利用率,而毛坯尺寸分散度和幾何形狀精度差則是造成廢品率高、不能自動化生產(chǎn)的主要原因。套圈毛坯有鍛件、冷擠件、溫?cái)D件、管料和棒料等,鍛件約占毛坯總數(shù)的85%左右,套圈毛坯鍛造的勞動量約占軸承加工總勞動量的10%~15%。目前中小型軸承套圈用鍛件來加工的比重有加大的趨勢。目前,國內(nèi)套圈鍛造以熱鍛加工為主,以壓力機(jī)鍛造→輾擴(kuò)成形生產(chǎn)線為主。鍛造加熱采用煤、油和電加熱。加熱火耗損失為1%~3%,表面脫碳層深度為0.3~0.4mm,材料利用率為40%~50%。20世紀(jì)80年代,有些企業(yè)在小型軸承套圈上推廣了冷擠壓工藝,對外徑80~130mm的套圈采用了溫?cái)D工藝,外徑小于80mm的套圈采用了冷輾工藝(目前行業(yè)上已擴(kuò)大至外徑150mm以下),材料利用率達(dá)到60%以上。我國相繼引進(jìn)了16條高速鐓鍛機(jī)生產(chǎn)線,推動了軸承行業(yè)鍛造水平的技術(shù)進(jìn)步,加快了毛坯專業(yè)化生產(chǎn)過程。高速鐓鍛工藝目前已成為國際上軸承套圈鍛造的主要工藝,其采用感應(yīng)加熱至始鍛溫度,在高速鐓鍛機(jī)上完成切料、鐓餅、成形和分離等工序,適用于大批量生產(chǎn)。高速鐓鍛工藝生產(chǎn)效率高,鍛件尺寸精度高,表面質(zhì)量好,能降低留量,提高材料利用率綜上所述,我國軸承鍛造毛坯發(fā)展方向應(yīng)為:進(jìn)行專業(yè)化經(jīng)濟(jì)規(guī)模生產(chǎn),便于采用國際先進(jìn)技術(shù),如高速鐓鍛工藝、精密冷輾擴(kuò)工藝、控制氣氛等球化退火工藝等。采用先進(jìn)工藝可將目前軸承行業(yè)的約40%的材料利用率提高至54%~60%,經(jīng)濟(jì)效益可觀。1.2集中工序法車削加工是金屬切削加工的重要組成部分之一,在機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用最為廣泛,占有十分突出的地位。目前,我國中、小型軸承套圈大多采用多刀半自動、全自動車床對鍛件進(jìn)行車削加工。加工方式有機(jī)群分散工序和集中工序。在國外,目前套圈車削加工采用的有集中工序法,也有分散工序法。集中工序法多用于結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的零件,采用數(shù)控機(jī)床一次裝夾定位,機(jī)床配備有刀具庫,加工中,各工序通過精確的程序設(shè)計(jì)而完成,產(chǎn)品加工精度受人為因素影響較小。分散工序法多用于大批量單品種的加工中,采用自動化連線的方式加工。廣泛使用的刀具是硬質(zhì)合金涂層機(jī)夾刀片,其切削速度達(dá)到140~250m/min,生產(chǎn)效率明顯高于國內(nèi)。由于采用了先進(jìn)的毛坯加工技術(shù),因此國外套圈毛坯留量小,尺寸分散度小,車削加工一般為單循環(huán)完成,有效地縮短了加工周期。因此,發(fā)展能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力切削、剛性好的套圈車削專用車床,發(fā)展加工質(zhì)量好、效率高的微機(jī)控制和數(shù)字控制車床,以及適合大批量單品種生產(chǎn)的自動化車削生產(chǎn)線,是車加工發(fā)展的方向。同時(shí)發(fā)展硬合金機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具、表面涂層刀具、金屬陶瓷刀具等高效刀具,以及實(shí)現(xiàn)自動更換刀片、自帶斷屑裝置等刀具監(jiān)控系統(tǒng),也是車加工研究的一個(gè)方向。1.3軸承套圈磨削的發(fā)展趨勢軸承生產(chǎn)中,磨削加工勞動量約占總勞動量的60%,所用磨床數(shù)量也占全部金屬切削機(jī)床的60%左右。磨削加工的成本占整個(gè)軸承生產(chǎn)成本的15%以上。因此,磨削加工是軸承生產(chǎn)的關(guān)鍵工序。目前國內(nèi)軸承行業(yè)的一般磨削、超精工藝過程為:外圈:平面磨削→外徑磨削→溝(滾)道磨削→溝(滾)道超精。內(nèi)圈:平面磨削→內(nèi)外徑磨削→內(nèi)徑磨削→溝(滾)道磨削→溝(滾)道超精。在實(shí)際生產(chǎn)中,視產(chǎn)品精度要求在以上過程中增加附加回火工序,或?qū)Ω鞅砻孢M(jìn)行二、三次循環(huán)加工。磨削過程多采用單機(jī)加工,較好的企業(yè)建有自動化生產(chǎn)線,特別是近年來低噪聲球軸承的生產(chǎn)大多采用自動化生產(chǎn)線。改革開放以來,我國軸承行業(yè)有了較快發(fā)展,特別是磨超生產(chǎn)工藝有了較大的改進(jìn),如溝道切入磨取代了擺頭磨,雙端面磨削、寬無心外圓磨削、溝道(滾道)超精工藝及支溝磨溝工藝已普遍應(yīng)用,高速磨削也已開始應(yīng)用。但是相對于國外軸承的磨超加工,我們還存在較大差距,在國外先進(jìn)的軸承制造企業(yè),端面、外徑磨削采用CNC數(shù)控機(jī)床自動送料,在線自動測量、自動補(bǔ)償,磨削速度達(dá)45m/s。溝道、內(nèi)徑磨削已全部采用CNC數(shù)控機(jī)床,生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)全線自動化,全部工序由計(jì)算機(jī)集中控制,所有工藝參數(shù)和生產(chǎn)節(jié)拍嚴(yán)格按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)控制,砂輪線速度達(dá)到60m/s。SKF磨加工工序的內(nèi)溝磨削速度已達(dá)120m/s。特別是使用磨削性能優(yōu)良的CBN砂輪,使生產(chǎn)效率明顯提高。軸承套圈磨削的發(fā)展趨勢,集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)對軸承磨床,進(jìn)一步完善單機(jī)自動化,確保實(shí)現(xiàn)高速磨削、自動測量,使其能直接進(jìn)入自動線并可靠工作。(2)磨加工生產(chǎn)要有步驟、有組織地發(fā)展自動化短線。目前,世界主要軸承公司磨加工自動化程度很高,大批量產(chǎn)品均采用自動線組織生產(chǎn),而采用自動化生產(chǎn)短線,投資少,見效快,易于穩(wěn)定生產(chǎn)。(3)發(fā)展相關(guān)技術(shù)。如各種新型夾具、高速砂輪、超精油石、冷卻液及潤滑油、數(shù)控元器件等,不斷提高工藝裝備的自動化水平。(4)發(fā)展檢測儀器。檢測水平在一定程度上反映了行業(yè)水平,在軸承行業(yè)應(yīng)發(fā)展高效、精密適合于自動線使用的主動測量和線外專項(xiàng)自動檢測儀器。(5)開展復(fù)合磨削研究工作。復(fù)合磨削具有合并加工工序減少裝夾次數(shù)、提高加工精度的優(yōu)點(diǎn),因此,國外不少磨床都具有合并加工工序的功能,為趕上國際水平,必須開展這方面研制工作。2滾動軸承載能力制造技術(shù)2.1鋼球加工工藝的發(fā)展趨勢鋼球在球軸承中作為滾動體是承受載荷并與軸承的動態(tài)性能直接相關(guān)的零件。鋼球的加工工藝應(yīng)首先滿足其成品標(biāo)準(zhǔn)要求,還應(yīng)使鋼球成品在軸承元件中具有盡可能高的壽命、低的噪聲、小的摩擦力和高的可靠性。鋼球的加工工藝相對成熟,目前國內(nèi)鋼球制造工藝的原理和方法差異不大,工藝流程大體都是:原材料檢查→鋼球毛坯制造(冷、熱鐓,冷、熱軋制)→光球→熱處理→硬磨→強(qiáng)化處理→初研→精研→清洗→檢查→涂油包裝。對于毛坯制造過程,一般直徑在1英寸(25.4mm)以下的鋼球采用冷鐓工藝,直徑在1英寸以上2英寸以下的采用熱鐓或熱軋,直徑在2英寸以上的采用車削或熱鍛。工藝過程中,較明顯的變化是采用光球工藝取代了銼削、軟磨工藝。雖然目前鋼球的制造工藝過程、方法與國外先進(jìn)企業(yè)相似或相近,先進(jìn)工藝也正在逐步應(yīng)用,但是整個(gè)行業(yè)發(fā)展水平很不均衡,特別是成形工序在生產(chǎn)效率、成形誤差、產(chǎn)品總留量上都與先進(jìn)水平有著較大差距,熱處理和精研工序也有一定的差距。鋼球加工工藝的發(fā)展趨勢主要集中在軋制工藝、樹脂砂輪磨削工藝、鋼球表面強(qiáng)化處理、熱處理自動線加工和新型水劑研磨液的應(yīng)用。1英寸以上鋼球可采用軋制工藝。采用軋制工藝鋼球尺寸精度高(一般可以達(dá)到0.05~0.09μm)且無環(huán)帶,材料利用率高(比冷鐓可提高20%),生產(chǎn)效率高(能達(dá)到熱鐓的5倍),具有較高的強(qiáng)度和良好的尺寸穩(wěn)定性,軋制球坯具有金屬流線分布均勻,壽命長等眾多優(yōu)點(diǎn),但軋輥設(shè)計(jì)制造比較復(fù)雜,軋輥材料成本較高。樹脂砂輪磨研工藝,以磨代研對鋼球進(jìn)行終加工,能較穩(wěn)定地提高鋼球精度及表面質(zhì)量,改善鋼球的動態(tài)性能,特別是對降低振動值起到關(guān)鍵作用,同時(shí)對軸承合套異常聲也有較明顯改善。用此新技術(shù)加工鋼球磨削均勻,克服了用鑄鐵盤研磨添加研磨劑不均勻而影響鋼球質(zhì)量的人為因素,同時(shí)樹脂專用磨削液污染小,加工后的鋼球表面易于清洗,且生產(chǎn)效率有較大的提高,大大降低了成本。2.2精密滾充確定置放系專業(yè)鉆頭生產(chǎn)的發(fā)展方向理論上滾子和滾道的接觸是線接觸,所以滾子承受的載荷較大,實(shí)際使用和試驗(yàn)均表明滾子是滾子軸承中最薄弱的零件,滾子的制造質(zhì)量對軸承的工作性能(如旋轉(zhuǎn)精度、振動、噪聲和靈活性等)均有很大影響,是影響軸承使用壽命的主要因素。我國滾子生產(chǎn)在滾子設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、工藝編制和檢測規(guī)程等各方面受傳統(tǒng)模式的束縛,在設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)理念上存在差距,缺乏創(chuàng)新求變的意識,缺乏細(xì)致的研究和系統(tǒng)的綜合分析。設(shè)備、工裝、原材料、管理水平、工序質(zhì)量控制能力受傳統(tǒng)習(xí)慣的制約,導(dǎo)致滾子生產(chǎn)工藝路線長、加工留量大、加工遍數(shù)多、上下料次數(shù)多。生產(chǎn)設(shè)備陳舊,工裝工具多年沒有改進(jìn),生產(chǎn)工藝落后,原材料浪費(fèi),生產(chǎn)成本增加,工藝合理性差。滾子、滾針的裝備與工藝水平是軸承行業(yè)內(nèi)較落后的。直徑Φ24mm以下的圓柱滾子、圓錐滾子和調(diào)心滾子的毛坯成形基本上仍采用Z31-25、Z31-13冷鐓機(jī),采用盤料或直條料的開式切料,一次成形的形位公差和尺寸散差大,綜合材料利用率低。后工序加工(硬磨)國內(nèi)普遍使用M1080、XF004一般滾子專用磨床,就圓錐滾子而言,其產(chǎn)品加工精度一般達(dá)到JB/T10235規(guī)定的Ⅲ級精度質(zhì)量水平。國外先進(jìn)的加工方法多為成形工序使用高速雙擊冷鐓機(jī)成形,封閉切料,成形公差小、留量小,綜合材料利用率較高。例如直徑小于32mm的滾子成形誤差≤0.1mm,生產(chǎn)效率60~200次/min。Φ32mm以上時(shí)采用車削成形加工。后工序加工(硬磨)采用高速高精度全自動磨床,產(chǎn)品質(zhì)量水平在圓度誤差、批直徑變動量、圓錐角變動量的精度上與國內(nèi)相比均提高1倍,表面粗糙度水平提高4倍以上,圓錐滾子綜合精度穩(wěn)定達(dá)到JB/T10235規(guī)定的Ⅰ級精度水平,SKF的滾子已達(dá)到規(guī)定的0級滾子水平。對于圓柱滾子外徑磨削,國產(chǎn)設(shè)備基本達(dá)到產(chǎn)品要求,但端面終磨和精研設(shè)備精度難于滿足加工Ⅰ級滾子的要求,特別是端面圓跳動和表面粗糙度的要求距世界先進(jìn)企業(yè)仍有較大差距。按軸承行業(yè)“十五”規(guī)劃目標(biāo),經(jīng)新一輪的技術(shù)改造后,要求精密滾子達(dá)到Ⅰ級,穩(wěn)定批量達(dá)到Ⅱ級,實(shí)現(xiàn)滾子設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、工藝標(biāo)準(zhǔn)化以及工裝標(biāo)準(zhǔn)化。專業(yè)化滾子生產(chǎn)覆蓋率達(dá)50%,凸度化率達(dá)70%,外徑超精普及率達(dá)50%,球基面無磁磨削普及率60%,圓錐滾子Ⅱ級精度以上達(dá)到60%,圓柱滾子公差等級Ⅱ級以上達(dá)到75%。當(dāng)前國內(nèi)滾子生產(chǎn)還不能完全達(dá)到這個(gè)要求,為了提高滾子質(zhì)量,其發(fā)展方向?yàn)閼?yīng)盡快組織專業(yè)化結(jié)構(gòu)調(diào)整,發(fā)展一批具有一定規(guī)模的專業(yè)化滾子生產(chǎn)骨干企業(yè)。推廣新技術(shù)、新工藝、新裝備、新的管理方法,完善和推廣滾子聯(lián)線加工工藝、對數(shù)曲線工藝、弧端面工藝、光飾工藝、噴丸加工工藝、可控氣氛熱處理工藝、表面強(qiáng)化工藝等,進(jìn)一步擴(kuò)大新型模具材料、磨削液,滾子清洗、退磁、干燥、涂油聯(lián)線設(shè)備,滾子表面光飾機(jī)、滾子表面強(qiáng)化機(jī)以及滾子高效噴丸處理機(jī)床的開發(fā)。3滾動軸承保護(hù)裝置制造技術(shù)3.1沖壓保持架的設(shè)計(jì)滾動軸承使用的保持架一般都是由冷沖壓方法制造的,沖壓保持架的加工一般包括材料的沖裁、彎曲、拉延、成形等內(nèi)容。沖壓成形采用的設(shè)備主要是多工位壓力機(jī)和機(jī)組聯(lián)線。沖壓保持架使用的原材料一般是鋼板和銅板,材料利用率較低,如圓錐滾子軸承筐形保持架材料利用率僅為18%左右,使用套裁法沖壓的浪形保持架的材料利用率也只有28%左右。因此,提高材料利用率是保持架加工的一項(xiàng)重要內(nèi)容。當(dāng)前可采取的措施主要包括,原材料裁剪優(yōu)化設(shè)計(jì),盡量采取套裁沖壓,組合沖壓,保持架沖壓、焊接的組合生產(chǎn),管料沖壓。如采用管料作毛坯,在多工位壓力機(jī)上沖壓成形,所有沖壓工作在一臺壓力機(jī)上完成,不僅節(jié)約材料,還可以提高勞動生產(chǎn)率。采用焊接技術(shù)和專用機(jī)床制造保持架可以提高勞動生產(chǎn)率、降低成本。如制造滾針“M”形保持架時(shí),可先按條帶狀將板料沖裁成“M”形,同時(shí)沖出窗孔,再按規(guī)定的窗孔數(shù)將條料裁成預(yù)定長度的料段,然后將料段彎成圓筒形,最后進(jìn)行電阻焊接,全部工藝過程可以在一條流水線上完成,生產(chǎn)效率高,適用于大批量生產(chǎn)。模具的發(fā)展可以反映沖壓保持架的技術(shù)水平高低,隨著模具制造業(yè)新材料、新技術(shù)的出現(xiàn)以及新的模具熱處理工藝的采用,高效率、高精度、長壽命的模具被廣泛采用,隨著模具結(jié)構(gòu)與零件的標(biāo)準(zhǔn)化、成組化,降低了模具設(shè)計(jì)與制造的復(fù)雜程度,縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,也促進(jìn)了沖壓保持架技術(shù)的發(fā)展。目前計(jì)算機(jī)輔助模具設(shè)計(jì)被廣泛應(yīng)用,模具設(shè)計(jì)工時(shí)大大減少,模具結(jié)構(gòu)也更加合理。模具加工的發(fā)展趨勢是計(jì)算機(jī)控制、電火花加工方法以及成形磨削。取代傳統(tǒng)酸洗工藝,能減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品質(zhì)量,采用無銹蝕的表面氧化處理工藝,能增加保持架彈性、強(qiáng)度。發(fā)展具有自身防銹和潤滑性能的沖壓保持架磷化工藝、軟氮化工藝、表面快速淬火工藝等沖壓保持架的輔助工藝也是當(dāng)前沖壓保持架發(fā)展的方向。3.2制坯生產(chǎn)的節(jié)銅代銅和等溫?cái)D壓保持架車制保持架的生產(chǎn)主要采用鑄造方法制坯,多道機(jī)械加工成形,加工余量大,材料消耗多,材料利用率一般只有20%~25%,且由于鑄造工藝的某些局限性,影響制件的力學(xué)性能,使很多產(chǎn)品達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。同時(shí),大部分軸承保持架由銅合金制造,但我國銅資源缺乏,產(chǎn)需矛盾很突出。預(yù)計(jì)到2005年,60%的用量需要進(jìn)口,年消耗外匯約28~30億美元,所以在軸承生產(chǎn)中節(jié)銅代銅勢在必行。節(jié)銅代銅有兩條途徑,一條為精密制坯方法,以提高材料利用率,但至今沒有進(jìn)展;另一條途徑是尋找代用材料,如尼龍、膠木、粉末冶金等,特別是近幾年來一些廠家致力于用鋅鋁合金生產(chǎn)實(shí)體軸承保持架,已取得可喜成績,可以降低成本1/3左右,現(xiàn)已初步制訂出行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但是,由于鋅鋁合金保持架只能在低于120℃環(huán)境下工作,不能承受高速、重載荷,且由于鑄造缺陷,易出現(xiàn)非正常失效,影響了該產(chǎn)品的推廣。目前行業(yè)內(nèi)有人采用等溫?cái)D壓方法替代車制保持架,與冷、溫、熱擠壓不同,等溫?cái)D壓是把熱毛坯放在加熱到變形溫度的模具里并在恒定的溫度下進(jìn)行擠壓,從而獲得一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的擠壓件。它不僅具有一般擠壓成形的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)由于毛坯是在均勻的溫度場中成形,故可以大大提高變形的均勻性,減少制品的殘余應(yīng)力,提高金屬的塑性,降低材料的變形抗力,從而減少設(shè)備的噸位。該工藝兼顧了等溫變形和擠壓成形的優(yōu)點(diǎn),可提高擠壓生產(chǎn)復(fù)雜形狀零件的能力,用它來生產(chǎn)銅合金保持架可減少機(jī)加工工時(shí),節(jié)約材料,降低能耗,提高生產(chǎn)率。因此前景非常廣闊4感應(yīng)熱處理技術(shù)軸承零件熱處理質(zhì)量的好壞直接影響著后續(xù)加工的質(zhì)量并最終影響到軸承產(chǎn)品的精度、壽命等因素。同時(shí),熱處理又是機(jī)械行業(yè)的能源消耗大戶和污染大戶。熱處理工藝技術(shù)與熱處理裝備有密切聯(lián)系。傳統(tǒng)的加熱設(shè)備是不帶保護(hù)氣氛的箱式爐、鹽熔爐、井式爐、輸運(yùn)帶爐、滾筒爐、滾棒爐、網(wǎng)帶爐、轉(zhuǎn)底爐及推桿爐。工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軸承熱處理,從20世紀(jì)60年代就普及了可控氣氛,而我國到目前為止,軸承熱處理可控氣氛覆蓋面約為30%,自“六五”以來,熱處理裝備自動線在軸承行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用,但60~70年代的舊設(shè)備仍占相當(dāng)大的比重。這些設(shè)備陳舊、落后,無保護(hù)氣氛,控制精度低,能耗高,故障率高,勞動強(qiáng)度大,環(huán)境污染嚴(yán)重,不利于軸承產(chǎn)品的性能、使用壽命、穩(wěn)定性和可靠性的提高。目前軸承行業(yè)淬火加熱設(shè)備即各種爐型的系列產(chǎn)品已基本能滿足生產(chǎn)需要。但長期以來對淬火冷卻技術(shù)不夠重視,如壓模淬火技術(shù)。日本NTN公司對120mm以上套圈全部采用壓模淬火,小于上述尺寸的套圈100%自動進(jìn)行變形測量分選。這不僅充分發(fā)揮保護(hù)氣氛淬火的優(yōu)越性,而且大大提高了磨加工效率,對提高產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的作用。而國內(nèi)只有少數(shù)企業(yè)引進(jìn)或自制了淬火壓床,