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【轴承知识】轴承套圈毛坯锻造基础知识


[中崋轴承网] 2020/6/12 作者:中崋轴承网

轴承套圈是滚动轴承的重要零件,其重量一般约占轴承总重量的60~70% ,套圈毛坯有锻件、冷挤件、温挤件、管料和棒料等,其中锻件约占套圈毛坯总数的85%左右。

轴承毛坯加工是轴承生产的第一道工序,套圈毛坯质量的好坏,生产率的高低,将对轴承产品的质量、性能、寿命及企业的经济效益产生重要的影响。这是因为毛坯质量的大小(包括毛坯的成型方式)决定轴承的材料利用率,套圈的内部质量包括材料的致密度、金属纤维流线分布、晶粒度和形变热处理等, 对轴承寿命有较大的影响。毛坯尺寸分散度和几何形状精度差则是造成废品率高、不能正常自动化生产、影响后续工序的加工质量(误差复印规律原因)的主要原因。毛坯加工工艺、设备精度和性能决定了毛坯质量。毛坯的好坏直接影响车削加工精度,而车削加工的好坏又影响磨削精度和效率。

一、轴承套圈锻造加工的目的:

1、获得与产品形状相近的毛坯,从而提高金属材料利用率,节约材料,减少机械加工量,降低综合成本。

2、消除金属内在缺陷,改善金属组织,使金属流线分布合理,金属紧密度好,从而提高轴承的使用寿命。

二、轴承套圈锻造方式简介

轴承套圈锻造的方式很多,套圈的形状又都各不相同,加之尺寸范围有比较大,生产批量也不同,故而轴承锻造成型工艺也是多种多样的。目前各种锻造成型工艺的流程见下图示。

例:

a)机械压力机/油压机单件挤压成型锻造工艺图示:

单件挤压成型工艺流程

b)套锻 - 辗环成型锻造工艺图示:

套锻-辗环成型锻造工艺流程

c)塔锻 - 辗环成型锻造工艺图示:

塔锻-辗环成型锻造工艺流程

d)空气锤/电液锤&液压锤自由锻 - 辗环成型锻造工艺图示:

自由锻-辗环成型锻造工艺流程

三、轴承毛坯锻造工艺及设备简介

1、下料

下料是锻造的第一道工序。下料质量的高低即重量、尺寸的精确与否、断面的几何形状的好坏等,将直接影响锻造工艺和锻件的质量。

国外轴承行业由于采用高速镦锻机、平锻机带侧滑块的多任务位机械压力机/油压机等锻造生产线较多,这些生产线直接用棒料锻造成轴承套圈,因而下料的数量相对较少。为了提高下料的几何精度和重量精度,一是对棒料实行径向压紧,二是提高剪切速度。而且国外下料设备的自动化程度较高,一般都具有上下料、送料、自动排除头尾自动检测下料长度、重量等装置。

由于传统的下料方法基本上是开式剪切,下料质量差,其重量误差在5%左右,端面倾斜度远大于3°,因此国内各厂家都在探索一些新的方法。

对于国内大部分厂家来说一般是应用单点机械压力机/油压机配合模具进行剪切下料的,因此,在模具的改进上做了许多有益的工作。下料质量主要是受剪切时棒料的轴向窜动和翘曲的影响,为此出现了两种剪切模具,下面各自分作介绍:

A、套筒式剪切模。 即使剪切定刀片和动刀片的形状与棒料截面形状相同,以限制剪切时棒料的翘曲和刀片对棒料剪切时的压扁,使剪切质量得到明显提高。实际生产中对冷下料重量误差可控制在2%以内,端面倾斜度小于3°。

B、约束剪切模。 即以径向夹紧的方式使棒料的翘曲、轴向窜动和切口压扁均受到限制。这种方式有的仅在定刀端夹紧,有的在定刀端和动刀端均予以夹紧,其夹紧方式有气缸式的,也有机构联动的。刀片均采用与棒料截面形状相同的形状,另外,这种模具还可带有自动送进装置。这种方式的下料重量差在1%以内,端面倾斜度小于2°。

棒料热剪切机的使用也在增多,基本上是以生产线的形式运行。采用中频感应加热、自动上料、自动进料、自动送检,自动化程度高,并且剪切机具有径向夹紧装置、机身刚性好、挡料自动调整等功能,剪切质量也较以前的老式剪切机有了很大提高,可达到剪切重量误差不大于1.5% ,端面倾斜度在3°以内。

带锯下料是国外,国内已有使用。由于带锯采用高刚性的结构,导轨的导向可靠;进给控制保证了工作中低速稳定和切削力稳定;棒料夹紧可靠等.从而,使下料重量精确,端面质量好,并且下料范围广。

影响锻造材料利用率的因素很多,但精确下料是实现精密锻造的先决条件之一,是节材最有利可为的事宜。总之,下料质量对锻造而言,主要有以下三个方面的影响:

1、下料影响材料的利用率;

2、下料影响锻造工艺;

3、下料影响锻件的质量。

在我们讨论采用何种方式下料时, 首要考虑的是批量、材质和工艺要求的精度。其次是投资和使用成本。在我们决定采用进口还是国产设备时,关键要考虑设备的可靠性,设备的适用性及技术含量。

2、加热

正确地加热金属坯料和对其加热温度进行准确及时的测量,对于减少设备吨位,提高锻件质量,降低燃料消耗均具有重要意义,是锻造前需要解决的重要问题。根据热源不同,在锻压生产中金属的加热方法可分为两大类:火焰加热和电加热。而我们目前使用最普遍的一般为燃气加热(天燃气/煤气)和中频感应加热。

3、锻造工艺

套圈锻造按设备组合盒或选择的方式一般有机械压力机/ 油压机、平锻机、锻锤三种方式,但是,随着锻压技术的发展和对轴承质量要求的提高,平锻机锻造工艺相对落后了,目前普遍使用的是机械压力机/油压机和锻锤(空气锤/电液锤)锻造。下面简单地阐述一下压力机和锻锤。

a)机械压力机 /油压机锻造

在机械压力机/油压机上锻造轴承套圈锻件除些小型锻件在机械压力机 /油压机上直接锻造成型外,一般都把机械压力机 /油压机与辗环机联起来,组成流水作业一火锻造生产线,由机械压力机/油压机提供辗扩前的毛坯,然后经辗环机辗扩成型获得锻件。这样可降低对机械压力机/油压机锻造的要求, 以便充分利用和发挥辗扩工艺的优点,因而提高了整个套圈锻件生产的效率, 提高了锻件的尺寸精度和内部质量。机械压力机/油压机锻造对模具要求较高,但对操作工的要求一般,且锻造质量精确、稳定。

b)空气锤 /电液锤锻造

空气锤/电液锤锻造生产轴承套圈锻件,是把已加热到锻造温度的毛坯料段,利用金属的可塑性变形,借助于锻锤的打击作用力来改变毛坯的几何形状以及改善金属组织和性能。在现阶段仍是单件和小批量套圈锻件和大型、特大型套圈锻件生产的有效锻造工艺方法。锻锤的设备价格比机械压力机/油压机低,而且比较容易获得。而且锤上锻造用的锻工工具和胎膜,形状简单成本低廉,通用性大,消耗量低,在经济上划算,管理上方便。但对操作工要求极高,劳动强度大,精度尺寸较低,在经济力量允许的情况下,仍需优先考虑压力机锻造工艺。

4、辗扩工艺

辗扩是一种在专用扩孔机上将套圈毛坯壁厚减薄,使内径和外径同时扩大, 并获得要求端面形状的工艺。

辗扩工艺在轴承套圈锻造生产中,应用十分广泛。它与锤、机械压力机/油压机的成型工艺联合使用,组成生产线,具有很大的技术经济效果;其优点如下:

A、提高锻件的几何精度和尺寸精度,消除壁厚差,并使锻件形状最大限度地接近套圈的成品形状,因而可以降低锻件的留量和公差,提高材料利用率,减小机械加工工作量;

B、提高锻件的内部质量。 经过辗环的套圈晶粒致密, 纤维流向良好,从而提高了轴承的抗疲劳寿命。试验证明,辗环扩套圈的内部质量比其它锻造方法获得锻件或钢管直接车削的套圈大有提高;

C、改善切削性能。辗扩套圈的晶粒呈圆周方向分布,且晶粒细化,此外几何精度高,表面光洁,因此机械加工性能好,切削刀具磨损小;

D、可扩 大加工尺寸范围,用较小的设备加工较大的套圈锻件,充分发挥锻锤、压力机等设备的生产潜力;

E、由于锻件最终形状的精度是在辗扩 过程中获得的,因而可降低对制坯工序毛坯的精度要求,减少工艺调整时间,提高模具寿命,提高了上工序的劳动生产效。

辗环机有卧式和立式两种,分别见下面的图片范例:


立式辗环机图片

操作示意图

卧式辗环机图片

5、整形(整径)工艺

辗扩工艺虽能获得精度较高的锻件,但是由于下料质量、辗扩温度、扩孔机刚性和调整操作等原因,套圈尺寸的一致性以及椭圆度、锥度等仍不十分理想。

近年来,为了进一步提高辗环锻件的精度, 在轴承套圈锻造生产线上,普遍于在辗扩之后增加一道整形工序。通过整外径或内径,纠正椭圆度、锥度等几何偏差,统一外径或内径尺寸,提高锻件外观质量和锻件的合格率,并为车削工序创造有利条件。

6、锻件的检查和清理

a)锻件的检查

锻件的质量检查是生产过程中不可或少的一个重要组成部分。通过检查,能及时发现质量问题,保证锻件质量的有效手段。目前检查的内容及方法有:锻件尺寸检查、锻件几何形状误差检查、表面缺陷检查、内部缺陷及退火质量检查等。另外,在锻造生产过程中,有时还要用光学高温计、热电偶、红外测温仪检查加热温度和锻造加热、冷却规范的执行情况。检查锻件质量的依据,主要是锻造工艺卡片和锻件技术条件等检验技术文件。对于几何精度的检查,目前一般要求的的项目如下:表面凹坑和毛刺;壁厚差;端面平面度;两端直径之差;直径变动量。

b)锻件的清理

进行锻件清理的目的是去除锻件的毛刺和氧化铍。

锻件毛刺的清理:锻件毛刺超出技术文件的要求时,应在砂轮机和车床上去除,一般都在退火之前进行。

锻件氧化铍的清理:根据零件的加工要求在锻件退火前后进行锻件氧化铍的清理。清理方法有卧式滚筒清理和抛丸滚筒清理两种。

7、锻后冷却

为了使锻件获得良好的组织,尽量减少网状碳化物的形成,或避免因冷却速度太快形成温度应力而使锻件开裂,锻件锻后应有合理的冷却速度。

对于轴承钢,主要是考虑网状碳化物的形成,要求冷却速度较快,当终锻温度高于850℃时,应采用喷雾冷却,冷却速度要求在50~ 150℃/min ,待温度降至700℃以下时,则可堆放起来冷却,因此时金属内部不会再析出网状碳化物,同时堆放冷却能够使冷却速度较慢, 以消除快速冷却时产生的温度应力。

对于无铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢,冷却速度应慢一些,锻后应采取堆放冷却或自然冷却,防止冷却速度太快而造成开裂。高合金钢也一样,锻后多采取抗冷、干灰冷等进行缓慢冷却。

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