CN102152081A - 车辆摇臂轴承的制造方法 - Google Patents

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本发明涉及滚针轴承制造，尤其是摩托车发动机气门工作中摇臂轴承的制造方法，目的在于针对目前车辆摇臂轴承制造业内存在的上述问题，提出一种精度较高、具有耐冲击负荷的车辆摇臂轴承的制造方法。一种车辆摇臂轴承的制造方法，具有以下步骤：a)加工出轴承外套，在对外套内径粗磨时采用圆鼓形磨头(砂轮)，并且保证磨削时磨头总长的二分之一部分位于外套内；精磨时使用圆柱形小砂轮；b)加工出圆柱形的滚针，且倒角宽度小于等于1mm；c)加工轴承内套(空心销轴)，首先要对内套原材料进行调质处理，并在粗磨后、精磨前进行消除应力处理。d)将滚针与内、外套装配成轴承产品。

Description

车辆摇臂轴承的制造方法
技术领域
本发明涉及滚针轴承制造，尤其是汽车、摩托车发动机气门工作中摇臂轴承的制造方法。
背景技术
汽车、摩托车摇臂轴承为发动机气门工作中的摇臂部件，在气门工作时受凸轮轴旋转影响摇臂呈展开与闭合工作状态，随着车辆给油量的大小即发动机转速的变化，气门展开与闭合频率随之变化，摇臂呈上下敲击状态，速率达5000次/分钟，摇臂工作时靠摇臂轴承旋转运动，摇臂轴承需要承受巨大的敲击负荷。
摇臂轴承由外圈、滚动体(滚针)、内圈(内套销轴)组成，由于外形尺寸都比较小，加工后测量区段较短，不易发现尺寸缺陷。一般摇臂轴承的外圈(外套)高度为6.5毫米，除去内径两侧倒角约0.35毫米，有效滚道长度为6.15毫米；滚针长度为5.5毫米，一些生产企业用圆头修正线滚针，圆弧两头一般具有各1.5毫米修正曲率，实际负荷区长度仅为4.5毫米；内圈长度为13毫米，有效工作区域为7毫米。优质的摇臂轴承质量除了具有极好的表面粗糙度，还需具备三个精确的圆柱度，即外套内径的圆柱度、内套外径的圆柱度、滚针外径的圆柱度。但是，在有效滚道(长度)近5毫米区域内，用一般千分之一的量具检测，无法有效观察上述三个零件圆柱体的误差，当上述三个圆柱度中出现一个较大误差或出现某一个凸出高点时，整套摇臂轴承产品工作时就非常容易失效。即使能够采用高精度的轮廓仪对产品的圆柱度进行检测，对现场生产也无控制意义，无法提高产品的合格率。
其中轴承内套外径8毫米，内径5毫米(壁厚仅为1.5毫米)，由于空心管的内径无需磨削加工，势必会产生壁厚差，在经过高频淬火、磨加工后，容易引起微量弯曲，导致内套外径圆柱度超差。高频淬火是瞬间将轴承钢由表及里由外径至内径方向进行感应加热并淬火(硬)的过程，淬火后表面硬度及内部硬度均在HV653-832(HRC60-65)之间，内套的两端会等量留出3mm的非淬火(硬)区域(HV200-336)，形成一个垂直于轴线的淬火(硬)/非淬火(硬)的介质线。由于内套销轴(外径为8mm，内径为5mm)为空心轴形状，管壁厚仅为1.5mm，在高强度冲击与极端压力交变的工作过程中，内套极易沿着介质线发生断裂。
发明内容
本发明的目的在于针对目前车辆摇臂轴承制造业内存在的上述问题，提出一种精度较高、具有耐冲击负荷的车辆摇臂轴承的制造方法。
实现本发明的技术方案如下：
一种车辆摇臂轴承的制造方法，具有以下步骤：
a)加工出轴承外套，在对外套内径粗磨时采用圆鼓形磨头(砂轮)，并且保证磨削时磨头总长的二分之一部分位于外套内；精磨时使用圆柱形小砂轮；
b)加工出圆柱形的滚针，并在滚针圆柱面的两端加工出对称的倒角，且倒角宽度小于等于1mm；
c)加工轴承内套(空心销轴)，首先要对内套原材料进行调质处理，提升微量合金化元素在非调质钢中的作用，形成稳定的间隙相，提高钢质强度，然后进行淬火处理，并在粗磨后、精磨前进行消除应力处理。
d)将滚针与内、外套装配成轴承产品。
上述步骤a)中外套粗磨时，圆鼓形磨头完全切入到外套内腔内。
上述外套精磨后，内表面还要采用纵向(沿轴向)往复式精研，并加入适量氯碳化硅抛光膏，加大磨料比重，增加摩擦效率，提高表面粗糙度。
上述步骤b)滚针加工还具有以下步骤：
a)进行淬火、回火处理；
b)进行粗磨、半精磨；
c)进行时效处理，以释放金属材料的内应力；
d)最后一道精磨。
上述滚针采用一级精度的滚针组别。
上述步骤c)中内套采用高频淬火，并设置淬火设备的电极板位置，使得内套经过淬火后形成的淬火/非淬火区域明显的介质线与内套轴线之间具有55～65度夹角，并且淬火后内套表面及内部硬度均在HV653-832(HRC60-65)之间。
本发明通过上述方案的实施，对车辆摇臂轴承的制造方法做出了改进，有效的控制了目前摇臂轴承的精度、耐压力负荷的不足。具体的积极效果如下：1、滚针圆柱面两端加工有较小宽度的倒角，尽可能保留运行区域长度，提高了滚针的受力负荷及使用寿命；2、外套内表面和滚针表面金属工艺处理精细，并进行振荡、时效处理，消除金属内部应力，提高了轴承工作性能稳定度；3、内套高频淬火作用时，调整高频设备电极板的位置及形状，使得内套具有倾斜的淬火/非淬火区域介质线，能够将外部冲击压力沿着倾斜角度方向释放，缓解冲击压力的破坏力，大大提高了产品质量。
附图说明
图1是本发明中摇臂轴承外套示意图。
图2是本发明中滚针示意图。
图3是目前内套高频淬火后淬火/非淬火区域示意图。
图4是本发明中内套高频淬火后淬火/非淬火区域示意图。
图5是本发明中高频设备电机板示意图。
具体实施方式
图1、图2和图4为本发明中摇臂轴承的外套、滚针和内套，其中外套高度为6.5毫米，有效滚道长度为6.15毫米，滚针长度为5.5毫米，内套长度为13毫米，有效工作区域为7毫米。
目前摇臂轴承外套的常规加工方法为采用内圆磨床进行磨削，虽然加工过程磨头轴向往复进行，但实际磨削过程中，产品内径存在一定的鼓形，虽然很微量，但对于圆柱度要求非常高的轴承外套而言，是潜在缺陷。该鼓形产生原因是磨头(小砂轮，呈圆柱形)在工作时，必须将磨头的一部分伸出工件(外套)两端面磨削，磨头两端的压力较大，造成外套两端过量磨削，于是产生了圆鼓度。
本发明外套加工过程大致分以下步骤：
1、在机床加工出中空的圆柱形毛坯；
2、对外套内径采用圆鼓形磨头进行粗磨，并保证磨头的至少一半位于外套内腔里面，或者让圆鼓形磨头完全位于外套内腔，进行切入式磨削；
3、采用圆柱形小砂轮进行精磨；
4、进行金属表面处理，采用纵向往复式精研，并加入氯碳化硅抛光膏，加大磨料比重，增加摩擦效率，保证粗糙度。
上述外套加工方法可以获得很好的外套内腔圆柱度。
当前摇臂轴承滚针加工常常考虑高速旋转工作环境下产生轴向串动，因此采用两端修正型滚针，但修正型滚针两头各有圆头倒角、并具有近1.5毫米卸荷区，因此，压强负载区域(宽度)只有不到5毫米，形成受力面积太小，容易造成动载或静载指标的损失。根据摇臂部件使用特征，轴承属往复旋转形式(即非全旋转)，滚针的轴向串动不存在，因此确保圆柱度情况下，滚针两端只需有倒角，尽可能保留运行宽度，可增强负荷能力。
本发明滚针加工步骤如下：
1、加工出圆柱形的滚针，并在滚针圆柱面的两端加工出对称的倒角，且倒角宽度小于等于1mm；
2、进行淬火、回火处理；
3、进行粗磨、半精磨；
4、进行时效处理，以释放金属材料的内应力；
5、最后一道精磨。
上述滚针加工完成后，选用一级精度组别的滚针作为同一轴承的零件配合使用。
本发明摇臂轴承的内套加工步骤如下：
1、对内套原材料进行调质处理；目的是提升微量合金化元素在非调质钢中的行为和作用，可以形成及其稳定的间隙相，氮化物与碳化物可以相互溶解，形成氮碳化物，产生弥散强化效果，提高钢质强度。钢质中某些物质如VN不但是强化相，还可以抑制奥氏体晶界的迁移，细化奥氏体晶粒，在相变时又起到核心作用进一步使铁素体晶粒细化，因此V和N的同时存在即具有明显的沉淀强化作用，又能起到韧化作用。
2、然后进行高频淬火处理；
3、进行粗磨；
4、进行消除应力处理；虽然轴承钢在热处理后进行了回火处理，基本消除内应力，但在后续加工时，通过对端面、外径、的粗磨、精磨的工艺加工，产生一定的摩擦与挤压力，内应力仍然不断聚合。
5、精磨。
见图3、图4和图5，内套为空心销轴形状，高频淬火是利用高频瞬间巨大电流的弧形波，形成磁场感应区，使得进入该感应区的内套工件产生集肤效应，迅速加热再冷却，达到淬火目的。目前内套高频淬火后形成的淬火(硬)/非淬火(硬)介质线垂直于内套轴线。本发明调整高频设备电极板的位置，使得内套经过淬火后形成的淬火/非淬火区域介质线与内套轴线之间具有55～65度夹角，并且淬火后内套表面及内部硬度均在HV653-832(HRC60-65)之间。倾斜的淬火/非淬火介质线能够将剪切压力沿着倾斜度角方向释放，缓解强大冲击力对内套的不良影响，本方法制造的内套产品可以承受超过700-800牛顿(50kg左右)的剪切力，完全满足实用摇臂轴承工作中4500-5000次/分钟的敲击压力要求。
显然，本发明的上述具体实施方式仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以容易的做出其它形式上的变化或者替代，而这些改变或者替代也将包含在本发明确定的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种车辆摇臂轴承的制造方法，具有以下步骤：
a)加工出轴承外套，在对外套内径粗磨时采用圆鼓形磨头(砂轮)，并且保证磨削时磨头总长的二分之一部分位于外套内；精磨时使用圆柱形小砂轮；
b)加工出圆柱形的滚针，并在滚针圆柱面的两端加工出对称的倒角，且倒角宽度小于等于1mm；
c)加工轴承内套(空心销轴)，首先要对内套原材料进行调质处理，提升微量合金化元素在非调质钢中的作用，形成稳定的间隙相，提高钢质强度，然后进行淬火处理，并在粗磨后、精磨前进行消除应力处理。
d)将滚针与内、外套装配成轴承产品。
2.根据权利要求1所述的车辆摇臂轴承的制造方法，其特征在于：上述步骤a)中外套粗磨时，圆鼓形磨头完全切入到外套内腔内。
3.根据权利要求1所述的车辆摇臂轴承的制造方法，其特征在于：上述外套精磨后，内表面还要采用纵向(沿轴向)往复式精研，并加入适量氯碳化硅抛光膏，加大磨料比重，增加摩擦效率，提高表面粗糙度。
4.根据权利要求1所述的车辆摇臂轴承的制造方法，其特征在于：上述步骤b)滚针加工还具有以下步骤：
a)进行淬火、回火处理；
b)进行粗磨、半精磨；
c)进行时效处理，以释放金属材料的内应力；
d)最后一道精磨。
5.根据权利要求1所述的车辆摇臂轴承的制造方法，其特征在于：上述滚针采用一级精度的滚针组别。
6.根据权利要求1所述的车辆摇臂轴承的制造方法，其特征在于：上述步骤c)中内套采用高频淬火，并设置淬火设备的电极板位置，使得内套经过淬火后形成的淬火/非淬火区域明显的介质线与内套轴线之间具有55～65度夹角，并且淬火后内套表面及内部硬度均在HV653-832(HRC60-65)之间。
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