CN105583588A - 一种用于圆锥滚子轴承内外圈的加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于圆锥滚子轴承内外圈的加工方法，它涉及一种轴承加工方法。本发明为了解决现有的轴承加工中存在钢材检测容易漏检，热处理后的变形大，存在增加磨量，降低磨加工效率，不利于保证产品质量和增加制造成本的问题。步骤一：钢材的无损检测；步骤二：对检测后的钢材进行切断；步骤三：锻造内、外连体套圈；步骤四：退火；步骤五：车内外连体套圈；步骤六：对车削后的内外连体套圈淬火处理；步骤七：内、外圈分离；步骤八：车倒角；步骤九：磨内、外圈。本发明使得热处理变形量大大减小，从而减小了磨加工留量，提高了磨加工效率；本发明适用于轴承内外圈的加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种轴承加工方法，具体涉及一种用于圆锥滚子轴承内外圈的加工方法。
背景技术
圆锥滚子轴承属于分离型轴承，由内圈、外圈、滚子、保持架组成。圆锥滚子轴承主要用于承受以径向载荷为主的径向与轴向联合载荷。与角接触球轴承相比、承载能力大，极限转速低。圆锥滚子轴承的内、外圈要求有较高的耐磨性及较高的硬度，一般内、外圈的硬度要求达到HRC57-64，为达到要求，就必须对钢材进行硬化处理。内、外圈的材料在国际轴承钢规格ISO683-17中有五种，其中ISO683-17中的B1-B8高碳轴承钢相当于中国国家标准GB/T18254-2002,B20-B32渗碳轴承钢相当于GB/T3086-2008，B40-B43中碳轴承钢相当于GB/T699-1999，B50-B53不锈轴承钢与B60-B63高温轴承钢相当于GB/T3086-2008，这些钢材经过淬火、回火或渗碳、淬火、回火后硬度达到HRC57-64。经过淬火、回火处理后，由于套圈受内部组织转变、淬火应力等因素的影响，会产生椭圆变形。
轴承的内、外径及滚道是有圆度要求的，为达到圆度要求，要进行磨加工，将变形磨去。变形大，磨削的量就会大，磨削加工的时间就会延长，成本就会相应增加。因此，现有的轴承加工方法存在热处理后的变形大，存在增加磨量，降低磨加工效率，不利于保证产品质量和增加制造成本的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的轴承加工方法存在钢材检测容易漏检，热处理后的变形大，存在增加磨量，降低磨加工效率，不利于保证产品质量和增加制造成本的问题，进而提供一种用于圆锥滚子轴承内外圈的加工方法。
本发明的技术方案是：
一种用于圆锥滚子轴承内外圈的加工方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：钢材的无损检测；
钢棒无损检测设备对混钢进行分选、表面裂纹涡流探伤、超声波内部缺陷检测，自动对不符合检测要求的钢棒部位喷漆打标，缺陷部分切断后做报废处理；
步骤二：对检测后的钢材进行切断；
步骤三：锻造内、外连体套圈；
采用2500吨热锻机及自动进给装置进行自动内、外圈连体锻造，锻造过程为四工位：镦粗、预成形、成形、冲孔，锻造时间为5S/件、锻造温度为：始锻温度1080℃，终锻温度850℃、锻造压力为1000T；
步骤四：退火；
高碳铬轴承钢经锻压后要经过球化退火加工：加热温度为800℃，加热时间为24H，然后进行退火，使钢材内部金相组织改变，渗碳轴承钢则不需要经退火热处理；
步骤五：车内外连体套圈；
将连体套圈放在车床上进行车削，车削的参数为：线速度180～200m/min，进刀量：粗车0.25～0.4mm/r，精车0.15～25mm/r，车削后的连体套圈表面粗糙度为Ra2.5以下；
步骤六：对车削后的内外连体套圈淬火处理；
当内、外连体套圈的材质为渗碳轴承钢时，首先对内、外连体套圈进行渗碳处理，渗碳温度为900-950℃，然后对渗碳后的内、外连体套圈进行淬火，淬火温度为820-870℃，最后进行回火处理，回火温度为120-200℃；
当内、外连体套圈的材质为高碳铬轴承钢Cr15时，首先对内、外连体套圈进行淬火处理，淬火温度为820-870℃，最后进行回火处理，回火温度为120-200℃；
步骤七：用压力机将淬火后的整体套圈分离成内圈和外圈；分离设备为YK41-16A，分离压力3吨；
步骤八：车好内圈和外圈连接处的倒角；
步骤九：将步骤八中的内圈和外圈进行磨削，磨削后的精度为Ra0.1，至此，完成了对圆锥滚子轴承内外圈的加工。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
现有的圆锥滚子轴承外圈的加工过程为：锻外圈→外圈车加工→外圈硬化热处理→磨外圈平面→磨外圈外径→磨外圈滚道→外圈滚道超精，内圈的加工过程为：锻内圈→内圈车加工→内圈硬化热处理→磨内圈平面→磨内圈滚道→磨内圈内径→内圈滚道超出精度要求范围。由于热处理变形大，椭圆比较大，所以在车加工时要增加留量，以保证磨加工后产品要求圆度。本发明经过试验，改进加工过程，锻内、外圈→车内、外圈→硬化热处理→分离内、外圈→磨内圈(外圈)，具体带来了以下效果：
1、提高车加工效率：
由于内外圈连体加工，车加工也由原来的车一侧内(外)圈端面及内径，车另一侧内(外圈)端面及外径共四次装夹加工，总共用时2分30秒。更改为车一半外圈外径及内圈的内外表面，车另一半外圈外径及内表面两次装夹加工，总共用时2分钟。另外，内、外圈分离后的倒角加工，这道工序效率很高，每件2秒即可。车一套内、外圈即可节约25-30秒，同时，内、外圈连体加工节省了二次装夹工作，更方便了车加工工人的操作，车加工的加工效率提高了60-70％。
2、减小椭圆变形量：
内、外圈的加工由原单独车加工内圈或外圈，然后分别硬化热处理，改为将内、外圈连车，然后将连车的内外圈工件进行硬化热处理，硬化热处理后再将内、外圈分离。如：对240套产品圆锥滚子轴承TR3(外径Φ81，内径φ51)进行了试验，其中120套按原工艺进行加工，120套按改进后的工艺进行加工，内、外圈原工艺加工与改进后工艺加工的热处理变形正态分布曲线件图4、图5、图6和图7。由图4、图5、图6和图7可看出，按原工艺热处理后内、外圈椭圆的变形量较大、且离散度较大；改进后的内、外圈热处理椭圆变形小、尺寸范围集中。
通过实验我们发现，改进后的工艺产品热处理后的椭圆变形小，热处理后内圈内径的变形量椭圆最大值由原单件热处理的0.16mm减小为0.09mm，外圈外径的热处理变量椭圆最大值由原来的0.14mm减小为0.09mm，因此可以减少外圈、内圈的磨量，节约磨削时间，提高了磨削质量，节省了磨削成本。
本发明通过对圆锥滚子轴承内、外圈加工工艺的重新规划，保证了轴承原材料检验上的先进性，先进的热锻加工、车加工、热处理加工工艺，改善了内部组织，节约了车加工时间，减小了变形量，磨加工效率提高，外圈外径磨量就可相应减小0.05mm，内圈内径磨量可减少0.07mm，内圈单件磨加工时间就可节约7秒，外圈则可减少一遍磨削。
附图说明
图1是锻造的四个工位图：下料(为常规工艺，本发明未计算下料工位)、镦粗、预成形、成形、冲孔；图2是本发明圆锥滚子轴承内、外圈工艺过程示意图(由左至右依次为：锻内、外连体套圈车内、外连体套圈硬化热处理内、外圈分离修整内(外)圈倒角磨内(外)圈)；图3是内外圈车加工后的椭圆度；图4是内外圈热处理后的椭圆度；图5是内圈原工艺正态曲线图(其中：横坐标表示内圈的椭圆度，纵坐标表示试验加工的数量，试验数量上限为120件)；图6是采用本工艺加工内圈的正态曲线图(其中：横坐标表示内圈的椭圆度，纵坐标表示试验加工的数量，试验数量上限为120件)；图7是外圈原工艺正态曲线图(其中：横坐标表示内圈的椭圆度，纵坐标表示试验加工的数量，试验数量上限为120件)；图8是采用本工艺加工外圈的正态曲线图(其中：横坐标表示内圈的椭圆度，纵坐标表示试验加工的数量，试验数量上限为120件)。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图2说明本实施方式，本实施方式的一种用于圆锥滚子轴承内外圈的加工方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：钢材的无损检测；
钢棒无损检测设备对混钢进行分选、表面裂纹涡流探伤、超声波内部缺陷检测，自动对不符合检测要求的钢棒部位喷漆打标，缺陷部分切断后做报废处理；
步骤二：对检测后的钢材进行切断；
步骤三：锻造内、外连体套圈；
采用2500吨热锻机及自动进给装置进行自动内、外圈连体锻造，锻造过程为四工位：镦粗、预成形、成形、冲孔，锻造时间为5S/件、锻造温度为：始锻温度1080℃，终锻温度850℃、锻造压力为1000T；
步骤四：退火；
高碳铬轴承钢经锻压后要经过球化退火加工：加热温度为800℃，加热时间为24H，然后进行退火，使钢材内部金相组织改变，渗碳轴承钢则不需要经退火热处理；
步骤五：车内外连体套圈；
将连体套圈放在车床上进行车削，车削的参数为：线速度180～200m/min，进刀量：粗车0.25～0.4mm/r，精车0.15～25mm/r，车削后的连体套圈表面粗糙度为Ra2.5以下；
步骤六：对车削后的内外连体套圈淬火处理；
当内、外连体套圈的材质为渗碳轴承钢时，首先对内、外连体套圈进行渗碳处理，渗碳温度为900-950℃，然后对渗碳后的内、外连体套圈进行淬火，淬火温度为820-870℃，最后进行回火处理，回火温度为120-200℃；
当内、外连体套圈的材质为高碳铬轴承钢Cr15时，首先对内、外连体套圈进行淬火处理，淬火温度为820-870℃，最后进行回火处理，回火温度为120-200℃；
步骤七：用压力机将淬火后的整体套圈分离成内圈和外圈；分离设备为YK41-16A，分离压力3吨；
步骤八：车好内圈和外圈连接处的倒角；
步骤九：将步骤八中的内圈和外圈进行磨削，磨削后的精度为Ra0.1，至此，完成了对圆锥滚子轴承内外圈的加工。
本实施方式中的混钢、钢棒表面裂纹、钢棒内部缺陷检验：钢材入厂时均采用先进的设备，经过100％无损检测：包括混钢分选、表面裂纹涡流探伤、超声波内部缺陷检测。设备自动对不符合检测要求的钢棒部位喷漆打标，缺陷部分切断后做报废处理，保证每一寸合格钢材用于产品。从产品的第一道工序开始控制质量。
本实施方式中的切断：采用先进的切断设备进行切断，严格控制料段的尺寸、重量及切断质量，重量由电子秤称量，断面角度由角度尺测量，把上工序检验出的有缺陷-即带喷漆的料段分离出来，确保进入锻造的分一寸材料都是合格的。
本实施方式中的锻造：采用2500吨热锻机及自动进给装置进行自动内、外圈连体锻造，锻造过程为四工位：镦粗、预成形、成形、冲孔，，严格控制锻造时间、温度及压力。可自动甄选从中频感应加热炉加热后的超高或超低温棒料，保证只有符合温度要求的棒料可以进入锻造工序。
所有锻造模具均使用软件进行模拟，通过计算机的模拟，控制最高应力，避免应力过高产生裂纹。同时，可通过模拟，避免锻件毛刺产生，提高模具的设计效率，缩短新产品的研发周期，保证锻造产品质量。
本实施方式中的退火：钢高碳铬轴承钢GCr15经锻压后要经过球化退火加工，使用适当的加热温度和加热时间，使钢材内部组织再结晶，使金相组织更均匀、细化，同时降低了硬度，更适合车削加工。
本实施方式中的车加工：采用先进的数控车床进行加工，摒弃原来的内、外圈分别车加工的方法，将内、外圈连体进行车加工，节约了车加工时间，为减小变形做准备。
由于内外圈连体加工，车加工也由原来的车一侧内(外)圈端面及内径，车另一侧内(外圈)端面及外径共四次装夹加工，总共用时2分30秒。更改为车一半外圈外径及内圈的内外表面，车另一半外圈外径及内表面两次装夹加工，总共用时2分钟。另外就是内、外圈分离后的倒角加工，这道工序效率很高，每件约2秒即可。车一套内、外圈即可节约26秒左右，同时，内、外圈连体加工节省了二次装夹工作，更方便了车加工工人的操作，大大提高了车加工的加工效率。
本实施方式中的淬火：圆锥滚子轴承的内、外圈要求有较高的耐磨性及较高的硬度，一般内、外圈的硬度要求达到HRC57-64，为达到要求，就必须对钢材进行硬化处理。内、外圈的材料在国际轴承钢规格ISO683-17中有五种，其中ISO683-17中的B1-B8高碳轴承钢相当于中国国家标准GB/T18254-2002,B20-B32渗碳轴承钢相当于GB/T3086-2008，B40-B43中碳轴承钢相当于GB/T699-1999，B50-B53不锈轴承钢与B60-B63高温轴承钢相当于GB/T3086-2008，这些钢材经过淬火、回火或渗碳、淬火、回火后硬度达到HRC57-64。经过淬火、回火处理后，由于套圈受内部组织转变、淬火应力等因素的影响，会产生椭圆变形，淬火采用盐浴淬火设备。
轴承的内、外径及滚道是有圆度要求的，为达到圆度要求，要进行磨加工，将变形磨去。变形大，磨削的量就会大，磨削加工的时间就会延长，成本就会相应增加。内、外圈的加工由原单独车加工内圈或外圈，然后分别硬化热处理，改为将内、外圈连车，然后将连车的内外圈工件进行硬化热处理，硬化热处理后再将内、外圈分离。我们对240套产品圆锥滚子轴承TR3(外径Φ81，内径φ51)进行了试验，其中120套按原工艺进行加工，120套按改进后的工艺进行加工，内、外圈原工艺加工与改进后工艺加工的热处理变形正态分布曲线件。由图3、图4、图5、图6、图7和图8中可看出，按原工艺热处理后内、外圈椭圆的变形量较大、且离散度较大；改进后的内、外圈热处理椭圆变形小、尺寸范围集中。
通过实验我们发现，改进后的工艺产品热处理后的椭圆变形小，因此可以减少外圈、内圈的磨量，节约磨削时间，提高了磨削质量，节省了磨削成本。
本实施方式中的磨加工：为达到尺寸公差及形位公差，热处理后进行磨加工。
具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式的步骤二中切断后的端面采用角度尺进行测量。如此设置，便于保证内外圈的硬度要求。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的步骤六中的渗碳温度为930℃。如此设置，便于保证内外圈的硬度要求。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
Claims (3)
1.一种用于圆锥滚子轴承内外圈的加工方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一：钢材的无损检测；
钢棒无损检测设备对混钢进行分选、表面裂纹涡流探伤、超声波内部缺陷检测，自动对不符合检测要求的钢棒部位喷漆打标，缺陷部分切断后做报废处理；
步骤二：对检测后的钢材进行切断；
步骤三：锻造内、外连体套圈；
采用2500吨热锻机及自动进给装置进行自动内、外圈连体锻造，锻造过程为四工位：镦粗、预成形、成形、冲孔，锻造时间为5S/件、锻造温度为：始锻温度1080℃，终锻温度850℃、锻造压力为1000T；
步骤四：退火；
高碳铬轴承钢经锻压后要经过球化退火加工：加热温度为800℃，加热时间为24H，然后进行退火，使钢材内部金相组织改变，渗碳轴承钢则不需要经退火热处理；
步骤五：车内外连体套圈；
将连体套圈放在车床上进行车削，车削的参数为：线速度180～200m/min，进刀量：粗车0.25～0.4mm/r，精车0.15～25mm/r，车削后的连体套圈表面粗糙度为Ra2.5以下；
步骤六：对车削后的内外连体套圈淬火处理；
当内、外连体套圈的材质为渗碳轴承钢时，首先对内、外连体套圈进行渗碳处理，渗碳温度为900-950℃，然后对渗碳后的内、外连体套圈进行淬火，淬火温度为820-870℃，最后进行回火处理，回火温度为120-200℃；
当内、外连体套圈的材质为高碳铬轴承钢Cr15时，首先对内、外连体套圈进行淬火处理，淬火温度为820-870℃，最后进行回火处理，回火温度为120-200℃；
步骤七：用压力机将淬火后的整体套圈分离成内圈和外圈；分离设备为YK41-16A，分离压力3吨；
步骤八：车好内圈和外圈连接处的倒角；
步骤九：将步骤八中的内圈和外圈进行磨削，磨削后的精度为Ra0.1，至此，完成了对圆锥滚子轴承内外圈的加工。
2.根据权利要求1所述的一种用于圆锥滚子轴承内外圈的加工方法，其特征在于：步骤二中切断后的端面采用角度尺进行测量。
3.根据权利要求2所述的一种用于圆锥滚子轴承内外圈的加工方法，其特征在于：步骤六中的渗碳温度为930℃。
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