CN101417379A - 圆锥滚子轴承套圈双扩套锻工艺 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为圆锥滚子轴承套圈双扩套锻工艺。属于圆锥滚子轴承套圈锻造技术领域。它主要是解决现有套圈锻造工艺不适合制造多品种、大中型圆锥滚子轴承套圈的问题。它的主要特征在于：(1)把GCr15钢料段在中频感应炉上加热至1050℃，然后在压力机上镦粗、正反挤压成形、分套，分离为外套和内套或小外套毛坯；(2)把外套毛坯在扩孔机上辗扩，然后在压力机上整径，冷却后成轴承外套锻件；(3)把内套或小外套毛坯放在压力机上再镦粗、挤压、穿孔，穿孔后得套圈部分，把该套圈部分再在扩孔机上辗扩，然后把辗扩后的内套热锻件在压力机上整径，冷却后成轴承内套锻件。本发明主要用于多品种、小批量或者大批量生产大中型圆锥滚子轴承内、外套圈锻件的制造。

Description

圆锥滚子轴承套圈双扩套锻工艺

技术领域

本发明属于圆锥滚子轴承套圈锻造技术领域。具体涉及一种采用塔锻工艺和套锻工艺相结合的、适合大中型圆锥滚子轴承内外套圈的制造方法。

背景技术

轴承是汽车工业的重要基础零部件，而作为轴承类型之一的圆锥滚子轴承以其内、外套可分离、便于安装、可承受很大的径向和轴向联合负荷、负荷能力大且长寿命的特点而得到国内、外广泛应用。分析轴承结构，我们不难发现，影响圆锥滚子轴承产品质量、制造成本关键在于内、外套圈毛坯的锻压加工。统计显示，40％的制造成本消耗在轴承内外套圈锻压加工工序，其毛坯加工工艺的先进与否，决定制造成本的高低，从而直接影响该类产品的市场定位。

目前，国外高速镦锻、冷辗、精密锻造技术日趋成熟。高速镦锻工艺只适用于外经94mm以下的小型圆锥少品种、大批量生产；冷辗、精密锻造仅限于小型、对称类产品的精整加工，而不适合多品种、小批量订单模式的大中型圆锥滚子轴承套圈的制造。

国内现有塔锻工艺采用“镦粗—预成形—成形—分套—成品”工艺模式，其特点是外套轴承套圈经预成形、内套轴承套圈经分套而成，只适合生产小型轴承锻件；国内现有部分圆锥套锻工艺采用“镦粗—挤压—冲孔(分套)—辗扩”工艺模式，其特点是外套轴承套圈经辗扩而成、内套轴承套圈经挤压而成。以上两种工艺模式虽节材效果显著，但受设备能力的限制，品种单一，不能充分挖掘工艺的潜力。

受加工技术水平局限和多品种、小批量订单制约，多年来，国内生产厂家对大中型圆锥轴承锻件的生产，一直沿用“挤压扩孔”的工艺模式，即内、外圈分锻，煤、气炉或油炉加热——挤压制坯——辗扩成形的工艺生产套圈毛坯，外圈挤压扩孔，内圈挤压冲孔。由于锻件在成形过程完全依赖操作工手感，故存在尺寸分散度大、形位公差难以控制、质量不稳定的现象。采用煤、气炉或油炉加热，坯料加热温度不均，氧化烧损严重，能耗大、污染严重，工人劳动强度大，这种工艺加工运行成本高，已经没有技术和成本优势。

发明内容

本发明的目的就是针对上述不足之处而提供一种精化轴承毛坯，实现少无切削，材料利用率高、少污染、能耗低、适合多品种、小批量或者大批量生产大中型圆锥滚子轴承内、外套圈锻件的制造方法。

本发明的技术解决方案是：一种圆锥滚子轴承套圈双扩套锻工艺，其特征在于：

(1)把GCr15钢料段在中频感应炉上加热至1050℃，然后把该加热料段在压力机上镦粗、正反挤压成形、分套，分离为外套毛坯和内套或小外套毛坯两部分；

(2)把外套毛坯在扩孔机上辗扩，然后把辗扩后的外套热锻件在压力机上整径，冷却后成为圆锥滚子轴承外套锻件；

(3)把内套或小外套毛坯放在压力机上再镦粗、挤压、穿孔，穿孔后得套圈部分，然后把该套圈部分再在扩孔机上辗扩，然后把辗扩后的内套或小外套热锻件在压力机上整径，冷却后成为轴承内套或小外套锻件。

本发明的技术解决方案中所述的备料生产的料段是在KGPS-500中频炉上加热至1050℃的。

本发明的技术解决方案中所述的加热料段和内套或小外套分离毛坯部分是在J31-400压力机上镦粗、挤压、穿孔的。

本发明的技术解决方案中所述的套圈部分是在D51-250扩孔机上辗扩的。

本发明的技术解决方案中所述的辗扩后的外套热锻件、内套热锻件是在J31-160压力机上整径的，外套热锻件整外径，内套热锻件整内径。

本发明工艺流程如下：

加热→镦粗→正反挤压成形→分套→辗扩→整径

                          ↓

                         镦粗→挤压→穿孔→辗扩→整径。

本发明由于采用中频感应加热炉代替重油加热炉加热备料生产的料段，中频感应电加热速度快、氧化烧损少(烧损率5‰是重油的1/8)，加热质量好且非常稳定，降低能耗，减轻工人劳动强度，易于实现自动化，为加热温度的有效控制创造了条件。本发明采用套锻工艺制成外套圈锻件，同时，将分套后的芯料再经过套锻工艺制成内套或小外套锻件，因而适合多品种、小批量或者大批量生产大中型圆锥滚子轴承内、外套圈锻件的制造，精化轴承毛坯，实现少无切削，材料利用率高。本发明发挥了上述塔锻工艺和套锻工艺的优点，它的主要技术特点和创新点是大中型圆锥轴承内外套圈锻件采用“双辗扩、双整径套锻”工艺技术。本发明应用前景广阔，技术经济效果显著。

长期困扰作业环境的油烟、粉尘和高温的顽症将得到根本治理，无污染的中频加热及自动送料机构的推广运行，员工的劳动强度得到极大地改善，生产效率和制造品质大大提高，无烟化锻造工厂的梦想可变为现实。

中频感应加热炉改造的关键点是增加红外线加热温度控制装置，以控制坯料锻造温度，解决重油加热炉加热温度不均的问题。其控温原理是：在出料口设置一个感温探头，接受温度信号，通过传感器将温度信号转换成电信号，再将锻造温度时时动态地反映在温度数显仪上，实现加热温度的连续监控。

本发明主要用于多品种、大批量生产大中型圆锥滚子轴承内、外套圈锻件的制造。

附图说明

图1为本发明工艺平面布置示意图；

图2为本发明的工艺流程示意图；

图3为本发明坯料镦粗示意图；

图4为本发明毛坯正反挤压示意图；

图5为本发明轴承内外圈锻件分套示意图；

图6为本发明圆锥轴承锻件辗扩示意图；

图7为本发明圆锥轴承外圈锻件整径示意图；

图8为本发明圆锥轴承内圈锻件整径示意图。

具体实施方式

中频感应电加热的原理是利用金属的“集肤“效应，在感应器内通入交变电流产生交变磁场，在其作用下，金属坯料内部便产生了交变涡流，由于涡流发热和磁化发热，便直接将金属坯料加热，从而避免金属坯料加热温度不均的问题。其加热速度快、氧化烧损少(烧损率5‰是重油的1/8)，加热质量好且非常稳定，易于实现自动化，为加热温度的有效控制创造了条件。

中频感应加热炉改造的关键点是增加红外线加热温度控制装置，以控制坯料锻造温度，解决重油加热炉加热温度不均的问题。其控温原理是：在出料口设置一个感温探头，接受温度信号，通过传感器将温度信号转换成电信号，再将锻造温度时时动态地反映在温度数显仪上，实现加热温度的连续监控。

挤压工序：

挤压工序包括镦粗、挤压、分套三个工步。

镦粗工步：镦粗使加热的坯料高度减少而横截面增大，其作用一是去除锻造氧化、作用二是为下一步挤压工步的制坯做准备。根据金属塑性成形原理，由于在镦粗时体积不变，只要内外套重量一定，则控制好料饼外径即可，即料饼外径＝凹模内径-0.5，就可保证成型分套的需要。坯料镦粗示意图见图3，1—上镦  2—坯料  3—下镦。

挤压工步：本工序的作用和关键是对金属进行预分配，为“双扩套锻”创造工艺条件。采用正反挤压成形，既能有效降低成型吨位，又能为内套提供足够的成型重量，同时为外套滚道辗扩作好金属分配。因此，新工艺扩孔前的挤压工步对辗扩尺寸及锻件外观质量起着关键作用，也是工艺设计难点所在。挤压工步金属的分配，巧妙通过有正挤压和反挤压的复合挤压方式来完成的，见图4。本次工艺设计，由于分套料芯重量增大，料芯外径尺寸相应变大，挤压模具、模座等相关尺寸也都随之发生变化，而且由于400T-8台压力机使用315T压力机模座，与以往设计的400T压力机套锻模具不能完全通用，所以必须对315T压力机模座进行改制、调整。一是由于分套料芯的外径尺寸变大，对315T压力机模座的出料孔进行了调整；二是由于315T压力机模座的卸料板离模座上平面的空间较狭小，为了生产者方便操作，对卸料板位置向外进行扩展。同时我们吸取了以往设计经验，对凹模、套模和辗压轮的设计也进行了调整。由于挤压成形过程中伴随正挤压和反挤压，上模向下运动，使正挤压变得比反挤压容易，把凹模拨模斜度由30′变成1°、套模内径由直型变成10°锥度、辗压轮型腔深度变深0.5mm以后，使得毛坯流动分布更加合理，辗扩更易保证质量以消除折叠。圆锥轴承外圈锻件挤压示意图见图4，4—上模  4—锻件  6—凹模  7—套模  8—下模。

分套工步：分套是挤压工步的后序工序，其作用是把内套坯料从外套坯料分离出来。分套工步的关键是防止内套坯料分离时坯料上端面带毛刺，见图9。因为当内套坯料上端面带毛刺，会在以后的镦粗和成型工序产生锻造折叠，毛刺形成的原因是分套时坯料上端面R部分遗留金属未被分套冲穿掉。通过多次试验，上模根部R角度由于R1变大R3、分套冲尺寸减小到小于上模根部R处尺寸0.5mm时，可有效消除内套坯料上端面的毛刺。圆锥轴承内外套锻件分套示意图见图5，9—分套冲  10—外套坯料  11—定位模  12—分套模  13—内套坯料。

辗扩工序：辗扩后的尺寸，经整径后即为最终锻件尺寸，所以辗扩尺寸要符合整径工艺要求。对于轴承外套锻件，外径尺寸太小时，会因为整径量不足而起不到整径的作用；外径尺寸太大时，会加剧整径凹模的磨损，造成锻件外径表面拉伤，所以对热扩外径尺寸公差的控制显得非常重要，也是辗扩工序的技术关键。辗扩过程实际上是一个连续镦粗过程，通过辗压轮和辗压滚的连续径向挤压，产生大量的金属塑变，使毛坯壁厚逐渐减薄，内外径逐渐变大，直至满足工艺要求。但是，由于辗扩对金属轴向分配的能力较差，因此，在辗扩前必须对套圈滚道提供合理的金属分布。根据试制，热扩外径尺寸要大于整径凹模尺寸0.8∽1.2之间，所以外套整径量一般控制在0.8∽1.2之间为好。对于轴承内套锻件，内径尺寸太大时，会因为整径量不足而起不到整径的作用，也不利于锻件定位；内径尺寸太小时，会加剧整径冲头的磨损，造成锻件内径表面拉伤，所以对热扩内径尺寸公差的控制显得非常重要。根据试制，热扩内径尺寸要小于整径冲头0.5∽1.0之间，所以内套整径量一般控制在0.5∽1.0之间比较好。圆锥轴承锻件辗扩示意图见图6，14—辗压轮  15—辗压滚  16—推力滚  17—锻件  18—信号滚。

整径工序：整径工序为最终锻件成型的工序，直接影响锻件的最终尺寸。整径过程实际上是利用带过渡锥面的整径模具，对锻件实施整径变形，消除椭圆和锥度，达到统一尺寸和提高形位精度的目的。该工序的技术关键和难点是基准面的选择和整径方案的制定：经过认真对比分析和多次工艺试验，我们认为，为保证产品质量的稳定性，适应大批量生产模式，锻造毛坯基准必须与下工序车制基准重合。基于此，我们选择外套小端面朝下，即小端面为整径基准面；内套宽端面朝下，即宽端面为整径基准面，同时外套整外径，内套整内径。解决上述关键问题后，我们针对现有设备及模具资源，对两台160T压力机进行改造作为整径专用设备，并设计制造了专用整径标准模，使圆锥内、外套整径更换件能够通用，既可对圆锥轴承外套锻件进行整径，也可对圆锥轴承内套锻件进行整径。由于整径专用设备和整径标准模在设计上有所创新，具有自主知识产权的特性，我们正在积极申报国家实用专利权。同时，以往整径过程中，小端面外径容易出现超工艺现象，本次试验对辗压轮相对应工作部位的尺寸进行了适当调整。圆锥轴承外套锻件整径示意图见图7，19—上模  20—凹模  21—锻件  22—下模。圆锥轴承内套锻件整径示意图见图8，23—冲头  24—压环  25—锻件  26—凹模  27—下垫。

减留整径产品的加工范围和工艺参数优化：

400T-3、4台原为油炉加热挤压生产线，由于其运行成本高，产品加工范围窄，该生产线长期闲置，400T-8台外套辗扩生产线，虽然是电加热生产线，但其单干辗扩工艺已失去成本优势。我们此次以“油改电”为契机，对上述生产线进行双扩套锻技术改造，优化工艺路线和锻件结构，从而达到提高锻件精度和材料利用率之目的。

在对重油加热炉改造成中频感应加热炉的同时，我们对拟减留整径的产品作了具体的可行性分析。根据前面章节的技术分析和工艺实践，本套锻线主要适用于多品种、小批量或大批量生产中、大型轴承锻件的双扩双整锻造，考虑主套型号内径尺寸及高度尺寸要求，以及批量生产条件，我们界定了外套尺寸范围为150—180MM，内套重量范围为0.700～1.000kg，并选择了以7518E/01、02作为主套型号，而子体型号为7512E/01、TR5510032/01等为代表作为试验型号。我们将改进前的工艺参数、双扩套锻工艺参数和全国滚动轴承标准化技术委员会颁布的锻件技术标准《CSBTS TC98.25-1997》作了对比分析，见表I和表II：

表I

从表I看出：新工艺较原工艺：锻件留量平均压缩22.2％；优于申报的锻件留量平均压缩20％的目标；锻件尺寸公差平均压缩41.1％，锻件形位公差平均压缩53.3％，优于申报的35％，且新工艺形位公差优于行业标准，因此锻件精度得到了大幅度的优化，加工水平上了一个大台阶。

表II

从表II可以看出：以成品重量为基数，材料利用率由原来的平均50.4％，提高到现在的平均59.8％，材料利用率平均提高9.4个百分点，优于申报的材料利用率提高5％的目标。

轴承套圈双扩套锻技术攻关成功使材料成本下降了9％(见附表I)，锻造能耗成本下降了42％。由于锻件重量减轻9％，使锻件退火成本下降9％。锻件重量减轻9％和锻件形位公差平均压缩53.3％，使车加工刀具消耗等成本下降10％、生产效率提高10％以上。以上说明了轴承套圈双扩套锻技术已具备了扩大应用的前提条件。

Claims (5)

1、一种圆锥滚子轴承套圈双扩套锻工艺，其特征在于：

(1)把GCr15钢料段在中频感应炉上加热至1050℃，然后把该加热料段在压力机上镦粗、正反挤压成形、分套，分离为外套毛坯和内套或小外套毛坯两部分；

(2)把外套毛坯在扩孔机上辗扩，然后把辗扩后的外套热锻件在压力机上整径，冷却后成为圆锥滚子轴承外套锻件；

(3)把内套或小外套毛坯放在压力机上再镦粗、挤压、穿孔，穿孔后得套圈部分，然后把该套圈部分再在扩孔机上辗扩，然后把辗扩后的内套或小外套热锻件在压力机上整径，冷却后成为轴承内套或小外套锻件。

2、根据权利要求1所述的一种圆锥滚子轴承套圈双扩套锻工艺，其特征在于：所述的备料生产的料段是在KGPS-500中频炉上加热至1050℃的。

3、根据权利要求1所述的一种圆锥滚子轴承套圈双扩套锻工艺，其特征在于：所述的加热料段和内套或小外套分离毛坯部分是在J31-400压力机上镦粗、挤压、穿孔的。

4、根据权利要求1所述的一种圆锥滚子轴承套圈双扩套锻工艺，其特征在于：所述的套圈部分是在D51-250扩孔机上辗扩的。

5、根据权利要求1所述的一种圆锥滚子轴承套圈双扩套锻工艺，其特征在于：所述的辗扩后的外套热锻件、内套热锻件是在J31-160压力机上整径的，外套热锻件整外径，内套热锻件整内径。

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