CN101014432B - 机械零件尤其是轴承环的制造方法和装置以及根据该方法生产的零件 - Google Patents

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Abstract

使用本发明的方法的装置(10)是模制呈圆形几何形状的机械零件，例如用合金制成的轴承环，所述装置具有一回转式空心模具(11)、一感应加热设备(23)以及用于通过离心作用制成零件的一坯件(26)的部件，所述空心模具(11)用于在一熔埚(13)中接纳一预定量的、由一个或多个区段(21)限定的一合金棒材(20)，所述感应加热设备(23)用于使该合金处于熔融温度(T1)下。当该坯件制成时，冷却部件使之在空心模具中冷却，直至它具有可压延稳定性的温度(T2)。当达到该稳定性时，一机加工部件成形机械零件的内部型面，并且，在其从模具取出之后，一装置调节其温度，使之处于淬火温度(T3)下，并借助于适当的部件进行淬火。

Description

机械零件尤其是轴承环的制造方法和装置以及根据该方法生产的零件
技术领域
本发明涉及呈圆形几何形状的机械零件的制造方法，所述机械零件尤其是用合金制成的、可经受至少一次硬化热处理的环形件，例如轴承环，其特征在于，在一回转式空心模具中，通过离心作用，从一预定体积的、达到一熔融温度T1的所述合金，制成所述机械零件的一坯件，其特征还在于，在低于所述熔融温度T1的、所述坯件具有压延稳定性的温度T2下，冷却所述坯件。
本发明还涉及使用该方法的装置，其用于制造呈圆形几何形状的机械零件，尤其是用合金制成的、可经受至少一次硬化热处理的环形件，例如轴承环，所述装置具有一回转式空心模具——其布置成接纳具有预定体积的所述合金、加热部件——其用于使该合金达到熔融温度T1、以及驱动部件——其用于驱动所述空心模具转动，且通过离心作用制成机械零件的坯件。
最后，本发明涉及根据该方法和借助于该装置制成的机械零件。
背景技术
具有圆形几何形状的机械零件，尤其是环形件，例如滚珠轴承环或滚针轴承环，一般用公知的车削方法制成，这意味着从适当的金属棒材例如铬钢制造零件，机加工复杂，且成本高。举例来说，就滚珠轴承环而言，这种机加工的生产工序包括将金属棒材置于车床的夹头上、使用一呈插入形状的钻头成型外形、使用可进入中央空腔且可侧向移动的一车刀加工内轴承滚道、加工用于在轴承滚道两侧接纳防尘环的凹槽、切割零件、清洗零件、以及进行零件的热处理或淬火。
机加工工序因为要切除用于制造零件的、具有圆形截面的实心金属棒材的材料，所以会产生金属屑。鉴于所使用的合金成本高，金属屑的产生是不可忽略的浪费，在零件的机加工过程中产生的金属屑总量常常大于零件本身的总量。此外，对于每种零件直径来说，最好使用直径相当的毛坯金属棒材，这意味着要封存和管理基价较高的各种合金棒材的大量备料。最后，每个零件要与确保高质量制造的数量非常大的一套钻具、铣刀等相适应。特别是，螺旋加工车床非常昂贵，对于制造厂来说，投资比较大。
其它缺陷是，一些特硬钢不适于这种类型的传统机加工，因此，为经济起见，在当前的工业上很少使用，在劳动生产率是主要手段的经济的工序中，公知的方法难以控制。
大致令人满意的试验表明，不能同时在质量和劳动生产率方面获得令人满意的效果。
出版物GB 852 359提出通过离心作用使钢环成型的方法，其中，从一熔融金属槽提取预定量的熔融金属，注入到一成型熔埚中。使用一外浇铸口特别细致地提取预定量的熔融金属，所述外浇铸口配有一分配喷口和一机械堵塞件。
美国专利US 392 7450还提出通过离心作用使空心合金锭成型的方法，然后，这些锭进行机械加工，且切割成具有所需的圆形几何形状的成品机械零件。
法国专利FR 2516 825还提出通过离心作用成型的装置。在前述文献中，熔融合金在一含有熔融材料的槽中提取，所需的量通过一中间容器提取。这种供给装置不大精确、复杂，且成本高。
美国专利US 3 720 987提出通过离心作用使用碳钢合金制造尤其是轴承环的方法，其用于使钢分子朝模制件外迁移，且使碳分子朝模制件内迁移。
美国专利US 5101547提出通过离心作用成型的方法，其中，熔融材料从熔融原材料浴中提取。
所有这些方法都不精确、不可靠，不能高节奏地、经济地、可靠地生产精密零件，也就是说，轴承环是耗损大的零件，必须以1/1000毫米的公差进行制造。
发明内容
本发明旨在消除所有这些缺陷，提出采用一种简单和经济的成型技术，取代传统的切除合金金属屑的机加工方法，所述简单和经济的成型技术可使用任意合金甚至特硬合金，原材料备料少，在某些情况下，这种成型与零件的至少一热处理工序相结合。
为此，本发明提出前序部分定义的方法，其特征在于，确定合金的体积，然后再将一合金棒材插入到一垂直感应加热炉内进行熔化，所述垂直感应加热炉在其位于所述空心模具上面的下端部开口，其特征还在于，使所述预定体积的合金处于所述熔融温度T1下，其特征还在于，当所述坯件达到所述温度T2时，借助于支靠在其内表面上的机加工部件成形所述机械零件的内部型面，其特征还在于，从所述空心模具取出该零件，并使之处于淬火温度T3下，其特征还在于，按预定要求冷却所述零件。
根据一优选实施方式，所述合金棒材环周地预先开槽，以限定棒材区段，每个区段或者相应于制造所述机械零件所需的所述预定的原材料体积，或者相应于该体积的一整数约数。
根据第一实施例，可使所述预定量的合金以至少一滴——其在垂直加热炉中由在所述温度T1下熔融的至少一棒材区段形成——的形式引入到模具中，该滴可在重力作用下与插入到所述垂直加热炉内的合金棒材分离。
根据第二实施例，可使所述预定量的合金以至少一棒材区段的形式引入到空心模具内，所述区段可在预先开槽的区域通过棒材加热与所述棒材分离，而且，通过至少局部地围绕所述空心模具的加热部件，至少使所述棒材区段处于熔融温度T1下。
为此，本发明还提出使用前序部分定义的方法的装置，其特征在于，所述装置具有：
-用于在合金棒材熔融之前确定合金体积的部件，
-感应加热部件，其用于熔化所述预定体积的合金，且使之在空心模具内处于温度T1下，
-冷却部件，其用于冷却在空心模具内通过熔融合金的离心作用而获得的所述坯件，且使之处于温度T2下，所述温度T2低于所述熔融温度T1，所述坯件在该温度T2下具有可压延的稳定性，
-机加工部件，其用于成形所述机械零件的内部型面，
-一温度调节装置，其用于使从所述坯件获得的机械零件处于淬火温度T3下，以及
-所述机械零件(28)在其从空心模具取出后进行淬火的部件。
有利地，所述在熔融之前确定合金体积的部件通过在棒材上环周地预先开槽而形成，以限定棒材区段，每个区段或者相应于制造所述机械零件所需的原材料的体积，或者相应于该体积的一整数约数。
在第一实施例中，所述感应加热部件可具有一垂直感应加热炉，所述垂直感应加热炉在其位于所述空心模具上面的下端部开口，所述合金的预先开槽的棒材插入其中。
在第二实施例中，所述感应加热部件可具有一垂直感应加热炉，所述合金的预先开槽的棒材插入其中，并且，至少一感应线圈至少局部地围绕所述空心模具，在这种情况下，所述感应加热炉中的加热温度确定成仅仅在预先开槽处熔化棒材，从而可熔化为获得预定体积的合金所需的区段，然后，所述区段在模具内熔融，且由感应线圈使之处于熔融温度T1下。
优选地，机加工部件具有一回转式成型滚轮，其连接于转动驱动部件和轴向与侧向移动部件，使之支靠在所述坯件的内表面上，以便成形所述机械零件的内部型面。
空心模具可连接于一隔板，所述隔板限定所述机械零件的一模制壁。
有利地，所述机械零件进行淬火的部件具有至少一淬火浴。
在所有这些变型例中，空心模具具有一熔埚和一成型内腔，所述熔埚布置成含有预定体积的合金，所述成型内腔与所述熔埚连通。
在一变型例中，空心模具可由至少两个径向活动的区段构成，所述区段布置成可打开该模具，以取出模制件。
根据该实施例，坯件冷却部件可布置成冷却模具和/或隔板的外壁。 
附图说明
参照作为非限制性的说明性实施例给出的附图，以及对本发明方法的一实施例和其它实施例的详述，本发明及其优越性将得到更好的理解，附图如下：
图1A、1B和1C示出例如呈轴承环形状的机械零件的不同的传统车削生产工序；
图2A、2B、2C、2D、2E、2F和2G示出本发明的装置以及本发明方法的第一实施方式中呈轴承环形状的机械零件的不同的生产工序；
图3A和3B示出本发明的装置以及本发明方法的第二实施方式中呈轴承环形状的机械零件的不同的生产工序；以及
图4是用于本发明装置的空心模具的一具体实施例的俯视图。
具体实施方式
如图1A所示，机械零件例如轴承环的传统车削制造方法的第一工序例如在于，在车床(未示出)的夹头上装上一适当的合金棒材1，并且使用一钻头3钻一中央孔2。
图1B示出下列两工序，这两工序可同时进行，一方面，使用一插入形刀具5加工未来零件的外廓4，另一方面，使用一轴向和侧向移动的成型刀具7加工未来零件的内部型面例如轴承滚道6。
图1C示出使用一插入式切割工具9加工的机械零件8的切割工序，所述插入式切割工具9从金属棒材1切下零件，以开始新一轮生产周期。
这些工序在数控机床上高节奏地自动进行。这些工序产生大量金属切屑，加工工具必须定期磨快，进行位置调节，以补偿其磨损。
本发明的方法不存在与该制造方法有关的所有约束条件，也改进了通过离心作用成型零件的公知方法。如此获得的零件的尺寸不能确保，因为待模制材料的配料非常不可靠。在本发明的方法中，该缺陷不存在，因为先确定合金的体积，然后再从插入到垂直感应加热炉中的合金棒材进行熔化，该棒材分成预先切割的相等区段，可获得始终相同的预定熔化的合金体积。然后，使该预定体积的合金处于合金的熔融温度下，以便在一回转模具内通过离心作用成形一坯件。当坯件具有可压延的稳定性时，使用一加工工具例如支靠在其内表面上的一回转式成型滚轮，成形所需机械零件的内部型面，在从模具取出零件之后，使之浸入淬火浴中。
该方法可使用在图2A至2G所示的装置上。该装置10具有一空心模具11，所述空心模具11被驱动围绕其轴线12转动，且具有一熔埚13和一成型内腔14，所述熔埚13用于例如接纳处于熔融状态的合金。该空心模具11的上面是一隔板15，所述隔板15连接于该模具，且具有一中央开口16。空心模具11安装在一支承件17上，所述支承件17接纳在一机架18内，所述机架18承载使支承件17和空心模具11转动的驱动部件。
在该设备的上面布置有一原材料供给装置，所述原材料用于制造机械零件，在这种情况下，是一种例如呈棒材20形状的合金，所述棒材20由区段21形成，所述区段21由周边凹槽22彼此连接。实际上，一铣切装置(未示出)按预定要求且自动控制地加工这些周边凹槽22，以限定这些区段21。该棒材20插入到一垂直感应加热炉23中，使得一定量的原材料熔化并下落到回转式空心模具11的熔埚13内。
为此，垂直感应加热炉23具有感应线圈24，其轴线与一中央导道25的轴线相垂直且相一致，所述中央导道25的轴线基本上和空心模具11的轴线12相一致。感应线圈24布置成，沿箭头A的方向自动供给的棒材20的区段21先预热再熔融。优选地，每个区段21的体积相等，或相当于制造机械零件所需的原材料体积的一整数约数。
下面，参照示出所述方法的不同工序的附图，说明该装置的工作情况。图2A示出空心模具11，所述空心模具11覆盖以隔板15，且定位在垂直感应加热炉23的下面，所述垂直感应加热炉23供以呈合金棒材20形状的原材料，所述合金棒材20分成区段21，所述区段21相继在加热炉中先预热后熔融。
图2B示出以下工序，其中，与棒材20的至少一区段21相应的熔融原材料，在重力作用下，下落到熔埚13中。在该工序中，空心模具可处于静止位置，或低速转动。
图2C示出离心作用工序，其中，空心模具被高速驱动，以使在熔埚中熔融的材料通过离心作用投入到成型内腔14中，以获得与待生产机械零件的一坯件26相应的型面。成品零件的外部型面精确地相应于成型内腔14的周边形状。应当指出，隔板15始终就位，因为它限定成型内腔14的模制壁之一。还应当指出，棒材20移动成将其区段21中的至少一个区段供给到垂直感应加热炉23的中央导道25中，以便进行下一道熔铸。
图2D示出一空转工序，其中，坯件26由冷却部件30冷却，所述冷却部件30例如是通风管，朝向模具11和/或隔板15的外壁。感应加热炉将原材料的温度提高到与材料的熔融温度相应的数值T1。该温度由冷却部件30在该工序中降低到数值T2，在该温度T2下，合金可充分压延，以便由适当的机加工部件进行成型。机加工部件呈成型滚轮27的形状，可被驱动围绕其轴线转动。应当指出，隔板15在该工序中已被取出。
图2E示出成型工序，其中，机械零件的内部型面由成型滚轮27给出，所述成型滚轮27支承在处于可压延状态的坯件26上，该滚轮已降低，且沿方向箭头B轴向插入到空心模具的内腔中，然后沿方向箭头C侧向移动。
图2F示出在机械零件28成型之后成型滚轮27脱离空心模具11的回缩工序。然后，该零件用本身公知的握持部件(这里未记述)从空心模具11取出。
图2G示出当用一温度调节装置(未示出)测得模制件28达到可淬火的温度T3时，从空心模具11取出的所述模制件28输送到淬火浴29中的传送工序。在零件28从模具11取出之后，新一轮生产周期可立即开始。必要时，模具可更换，以便制造另一种零件。
这些不同的工序可在一种有控制的气氛中完成，以免所使用的合金氧化或腐蚀。
在图3A和3B所示的装置的第二实施例中，原材料即合金直接在空心模具11的熔埚13中熔融，呈感应线圈31形状的加热部件围绕空心模具11加以布置。在该实施例中，垂直加热炉23在低于第一实施例的温度的温度下使用，只有相邻两区段21的分隔区域可熔融，以便从棒材20切下一区段21。该区段或这些区段根据制造零件所需的预定体积，下落到模具11中，围绕所述模具的加热部件使所述区段处于熔融温度T1下。装置的其它组件基本上相同，当合金熔融时，空心模具围绕其轴线旋转的离心作用操作可制成一坯件26，所述坯件26的处理与上述形成成品零件的处理相同。
在本发明装置的前述两个实施例中，空心模具的上面是隔板15。零件可在该隔板取出之后从空心模具取出。
图4示出另一实施例，可获得在其外廓上具有一型面的机械零件。在这种情况下，成品零件的取出需要配设空心模具的开口，所述空心模具41不具有隔板，且由至少两个区段构成。这些区段42(在所示的实施例中数量为三个)沿箭头F的方向径向移动，以便通过一自动握持装置(未示出)自动取出零件。
所述的优选实施例可作多种改进，可纳入一配有不同工位的旋转装置。也可使用散粒状合金，例如颗粒或细粒，装在一定量供料器中。在这种情况下，所需颗粒的配料量可进行称重或体积测量，以使颗粒的体积相应于待制零件的体积。原材料颗粒冷注入到一空心模具的熔埚中，所述空心模具配有如第二实施例所述的加热部件。

Claims (17)

1.制造方法，其用于制造呈圆形几何形状的机械零件(28)，其中，在一回转式的空心模具中、通过离心作用、从达到熔融温度(T1)的一预定体积的合金开始制成所述机械零件(28)的一坯件，并且，在低于所述熔融温度(T1)的第一温度(T2)，冷却所述坯件，所述坯件在所述第一温度(T2)具有可压延的稳定性，
其特征在于，在从所述合金的一棒材开始进行熔融之前，确定所述合金的体积，所述合金的棒材插入在一垂直感应加热炉内，所述垂直感应加热炉在其位于所述空心模具上面的下端部处开口；
使所述预定体积的合金处于所述熔融温度(T1)；
当所述坯件达到所述第一温度(T2)时，使用一加工工具成形所述机械零件(28)的内部型面，所述加工工具支靠在所述坯件的内表面上；
从所述空心模具取出该机械零件(28)，且使之处于淬火温度(T3)；
按预定要求使所述机械零件(28)冷却。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述合金的棒材环周地预先开槽，以限定所述棒材的区段，每个所述棒材的区段或者相应于制造所述机械零件(28)所需的原材料的所述预定体积，或者相应于该预定体积的一整数约数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使所述预定体积的合金以至少一滴——其在所述垂直感应加热炉中由在所述熔融温度(T1)熔融的所述棒材的一区段形成——的形式引入到所述空心模具中，该滴在重力作用下与插入到所述垂直感应加热炉内的所述合金的棒材分离。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使所述预定体积的合金以所述棒材的一区段的形式引入到所述空心模具中，所述棒材的区段通过在其预先开槽的区域中加热所述棒材，而与所述棒材分离；通过至少局部地围绕所述空心模具的加热部件，使至少所述棒材的区段处于所述熔融温度(T1)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械零件(28)是 用合金制成的、可至少经受硬化热处理的环形件。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述环形件是轴承环。
7.制造装置，其用于根据权利要求1所述的方法制造呈圆形几何形状的机械零件(28)，所述制造装置具有：
一回转式的空心模具(11；41)，其布置成接纳预定体积的所述合金；
加热部件，其用于使该合金达到熔融温度(T1)；以及
驱动部件，其用于驱动所述空心模具转动，且通过离心作用制成机械零件(28)的一坯件(26)，
其特征在于：
-所述加热部件是感应加热部件，其用于熔化所述预定体积的合金，且使之在所述空心模具内处于熔融温度(T1)，所述感应加热部件具有所述垂直感应加热炉(23)，所述垂直感应加热炉在其位于所述空心模具上面的下端部处开口，所述合金的一棒材(20)插入在所述垂直感应加热炉内，
并且，所述制造装置还具有：
-用于在所述合金的棒材(20)熔融之前确定合金的体积的部件，
-冷却部件(30)，其用于冷却在所述空心模具内通过所述熔融的合金的离心作用而获得的所述坯件(26)，且使之处于第一温度(T2)，所述第一温度(T2)低于所述熔融温度(T1)，所述坯件(26)在所述第一温度(T2)具有可压延的稳定性，
-机加工部件，其用于成形所述机械零件(28)的内部型面，
-一温度调节装置，其用于使从所述坯件获得的机械零件(28)处于淬火温度(T3)，以及
-用于对所述机械零件(28)在其从所述空心模具取出后进行淬火的部件。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述在熔融之前确定合金体积的部件通过在所述棒材(20)上环周地预先开槽而形成，以限定所述棒材的区段(21)，每个棒材的区段(21)或者相应于制造所述机械零件(28)所需的原材料的体积，或者相应于该体积的一整数约数。
9.根据权利要求7至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述感应 加热部件还具有至少一感应线圈(31)，所述感应线圈(31)至少局部地围绕所述空心模具(11)，所述垂直感应加热炉(23)中的加热温度确定成仅仅在预先开槽处使所述棒材(20)熔融，从而使获得所述预定体积的合金所需的所述棒材的区段(21)分离，然后，所述棒材的区段在所述空心模具(11)中熔融，并且，所述感应线圈(31)使之处于所述熔融温度(T1)。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述机加工部件具有一回转式成型滚轮(27)，其连接于转动的驱动部件和轴向的与侧向的移动部件，使之支靠在所述坯件(26)的内表面上，以便成形所述机械零件(28)的内部型面。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述空心模具(11)连接于一隔板(15)，所述隔板(15)限定出所述机械零件(28)的一模制壁。
12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，用于所述机械零件(28)进行淬火的部件具有至少一淬火浴(29)。
13.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述空心模具(41)由至少两活动区段(42)构成，所述活动区段(42)径向布置成可打开该空心模具，以便取出模制的所述机械零件(28)。
14.根据权利要求7或13所述的装置，其特征在于，所述空心模具(11；41)具有一熔埚(13)和一成型内腔(14)，所述熔埚(13)布置成盛放预定体积的合金，所述成型内腔(14)与所述熔埚(13)连通。
15.根据权利要求7、12和13中任一项所述的装置，其特征在于，所述坯件(26)的冷却部件朝向所述空心模具(11；41)和/或隔板(15)的外壁，并用于冷却所述坯件(26)。
16.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述机械零件(28)是用合金制成的、可至少经受硬化热处理的环形件。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述环形件是轴承环。 
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