CN109848359A - 整体式关节轴承双向旋锻成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体式关节轴承双向旋锻成形方法，该方法的结构上包括轴承外圈，自润滑衬垫，轴承内圈，芯轴，箍环，两个主旋轮，两个修补轮；主旋轮与修补轮对称分布，此分布方式减小了对芯轴的压力而且双向进给可以一次成形；双向成形时，箍环套着轴承外圈坯料的中间段带动外圈整体转动，主旋轮和修补轮按照给定的旋锻工艺参数进给运动。随着主旋轮的进给，外圈坯料内表面逐渐塑性变形为球面，修补轮的进给优化了外圈坯料内表面的形状，主旋轮先达到目标位置，当修补轮也达到设定的目标位置时，旋锻成形完成。本发明方法创新并且有仿真依据，可解决现有自润滑关节轴承外圈成形工艺中诸多缺陷，对实际生产加工有重大的指导意义。

Description

整体式关节轴承双向旋锻成形方法

技术领域

本发明涉及一种整体式关节轴承双向旋锻成形方法，应用于特种轴承和精密轴承制造技术领域。

背景技术

关节轴承又称为球面滑动轴承，其结构由一个带内球面的外圈和一个带外球面的内圈组成。自润滑关节轴承是一种无需补充润滑剂的特殊形式的关节轴承，特点是结构简单、体积小、承载力大，而且还具有摩擦系数小、耐冲击、耐腐蚀、减少振动、适用温度范围广，寿命长，在工作过程中免维修和无需添加润滑剂等优异特性，而且能够做旋转摆动和小角度的倾斜摆动，具有自动调心的功能，被广泛应用于电力、水力、航天、航空、交通、铸造、煤矿等众多领域的机械设备中。自润滑关节轴承的失效主要是由自润滑衬垫引起的，而内外圈过载变形和内外圈装配间隙不均匀直接影响了衬垫的性能。目前轴承外圈的制造工艺多采用挤压成形，对轴承内圈及衬垫的损伤较大，内外圈间隙分布不均，并且需要进行二次辊压装配，自润滑层经受两次非均匀的剧烈挤压与变形，极易造成压溃损伤，产品成品率不高、自润滑层可靠性不高，因此整体式自润滑关节轴承制造中无内圈作用成形技术的开发很有必要，具有自润滑层无压溃损伤的整体式自润滑关节轴承的制备方法成为亟待解决的技术问题，这就很有必要对自润滑关节轴承的成形工艺进行探索创新。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种整体式关节轴承双向旋锻成形方法，在旋锻过程中外圈坯料内表面与内圈球形外表面间无压力作用，对自润滑衬垫的损伤小，旋锻成形后具有符合成品轴承所要求的轴承游隙且无内圈作用，可解决现有自润滑关节轴承外圈成形工艺中诸多缺陷，对实际生产加工有重大应用价值。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种整体式关节轴承双向旋锻成形方法，包括如下步骤：

a.轴承组件的准备和定位装夹设置：将自润滑关节轴承内圈固定在旋锻加工中心装置的芯轴上，准备自润滑关节轴承外圈坯料，按不同产品对轴承外圈坯料的要求，制造出所需形状的轴承外圈坯料，使轴承外圈坯料形状为整体式的圆柱管件，该圆柱管件内表面已经经过打磨处理并且径向尺寸相同，不需要进行后续加工，作为轴承外圈坯料的待加工内表面，在旋锻加工中心装置的箍环夹紧装置上安装轴承外圈坯料时，将自润滑层贴于轴承外圈坯料的内表面上，完成自润滑层的预先设置，然后将轴承外圈坯料套装到轴承内圈上，将轴承外圈坯料的中间段固定安装于旋锻加工中心装置的箍环夹紧装置上，并且轴承内圈和轴承外圈需要机械对中，轴承外圈坯料的外表面朝向旋锻加工中心装置的主旋轮和修补轮的来向，主旋轮和修补轮设置于紧贴箍环的轴承外圈坯料外侧的位置处，完成轴承组件的准备和定位装夹设置；

b.主旋轮和修补轮按照设定的相对位置安装，并且使主旋轮和修补轮的起始位置位于紧贴箍环上的位置，在进行旋锻加工时，保持轴承外圈坯料内表面的旋锻制备及轴承装配同时进行，使主旋轮和修补轮的进给方向和进给速度均能够调整，旋锻加工中心的主旋轮和修补轮分为上下两端共4个旋轮，当开始旋锻加工时，上下两侧的旋轮分别向轴承两端同时进给，以此达到双向成形的效果，并且使主旋轮和修补轮按照给定的旋锻工艺参数沿着轴向与径向进行进给运动，主旋轮和修补轮为非同步进给，当主旋轮进给到规定的轨迹线的一半路程时时，修补轮开始进给；随着主旋轮的进给，轴承外圈坯料发生变形，轴承外圈坯料内表面逐渐塑性变形为球面，修补轮的进给优化了轴承外圈坯料内表面的形状，使轴承外圈坯料和轴承内圈之间形成符合成品要求的轴承游隙，主旋轮先达到目标位置，当修补轮也达到设定的目标位置时，旋锻成形完成，轴承外圈坯料的待加工内表面加工完成，轴承外圈坯料内表面刚好成一体式连续内球面，将轴承外圈坯料完全套装到轴承内圈上；

c.最后再通过对轴承外圈坯料的端面与外表面进行车磨加工，形成所需的轴承外圈外部形状，即获得由一个带外球面的轴承内圈、一个带内球面的轴承外圈和中间自润滑层组成的整体式自润滑关节轴承成品。

作为本发明的优选的技术方案，在所述步骤b中，进行旋锻加工时，轴承外圈坯料按照给定的工艺参数匀速旋转，主旋轮和修补轮做径向和轴向的复合运动，对轴承外圈坯料进行旋锻。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在所述步骤b中，进行旋锻加工时，在轴承外圈坯料转动的同时，通过轴承外圈坯料外表面和主旋轮和修补轮之间的摩擦作用，带动主旋轮和修补轮绕自身轴线转动。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在步骤b中，进行旋锻加工时，旋锻加工中心的主旋轮和修补轮分为上下两端共4个旋轮，上下两侧的旋轮分别向轴承两端同时进给，以此达到双向成形的效果，并且使主旋轮和修补轮按给定的旋锻的工艺参数进行曲线进给运动，上下两侧主旋轮和修补轮做径向和轴向的复合运动，对轴承外圈坯料进行双向旋锻并且能够达到一次成形的效果。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在所述步骤b中，进行旋锻加工时，控制轴承外圈坯料转速范围是350~550r/min，控制主旋轮径向进给量范围是0.1~0.2mm/r，修补轮径向进给范围为0.08~0.1mm/r，控主旋轮轴向进给量范围是1~2mm/r，修补轮的轴向进给范围是1.2mm~1.5mm/r。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在所述步骤a中，采用的轴承外圈坯料形状为整体式圆柱管状，其直径至少为成品轴承外圈外径的1.3倍。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明解决了整体式关节轴承外圈成形和装配的问题，双向一次成形，轴承内外圈间隙均匀，不需要经过二次辊压，轴承外圈与轴承内圈间无抱死与挤压作用。

2.本发明在轴承制造过程中对自润滑层影响小，旋锻成形变形均匀、成形力小、易于控制。

3.本发明在轴承成形过程中，首先由主旋轮对轴承外圈进行粗成形，然后有修补轮进行外圈精细优化成形，能够得到较好的游隙以满足轴承成品的要求。

附图说明

图1为本发明实施例一整体式关节轴承双向旋锻成形方法工艺示意图。

图2为本发明实施例一的轴承外圈坯料经旋锻工艺后制备轴承外圈的形状示意图。

图3为本发明实施例一的轴承外圈坯料的形状与箍环夹紧装置示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1～3，一种整体式关节轴承双向旋锻成形方法，包括如下步骤：

a.轴承组件的准备和定位装夹设置：将自润滑关节轴承内圈3固定在旋锻加工中心装置的芯轴4上，准备自润滑关节轴承外圈1坯料，按不同产品对轴承外圈1坯料的要求，制造出所需形状的轴承外圈1坯料，使轴承外圈1坯料形状为整体式的圆柱管件，该圆柱管件内表面已经经过打磨处理并且径向尺寸相同，不需要进行后续加工，作为轴承外圈1坯料的待加工内表面，在旋锻加工中心装置的箍环5夹紧装置上安装轴承外圈1坯料时，将自润滑层2贴于轴承外圈1坯料的内表面上，完成自润滑层2的预先设置，然后将轴承外圈1坯料套装到轴承内圈3上，将轴承外圈1坯料的中间段固定安装于旋锻加工中心装置的箍环5夹紧装置上，并且轴承内圈3和轴承外圈1需要机械对中，轴承外圈1坯料的外表面朝向旋锻加工中心装置的主旋轮6和修补轮7的来向，主旋轮6和修补轮7设置于紧贴箍环5的轴承外圈1坯料外侧的位置处，完成轴承组件的准备和定位装夹设置；

b.主旋轮6和修补轮7按照设定的相对位置安装，并且使主旋轮6和修补轮7的起始位置位于紧贴箍环5上的位置，在进行旋锻加工时，保持轴承外圈1坯料内表面的旋锻制备及轴承装配同时进行，使主旋轮6和修补轮7的进给方向和进给速度均能够调整，旋锻加工中心的主旋轮6和修补轮7分为上下两端共4个旋轮，当开始旋锻加工时，上下两侧的旋轮分别向轴承两端同时进给，以此达到双向成形的效果，并且使主旋轮6和修补轮7按照给定的旋锻工艺参数沿着轴向与径向进行进给运动，主旋轮6和修补轮7为非同步进给，当主旋轮6进给到规定的轨迹线的一半路程时时，修补轮7开始进给；随着主旋轮6的进给，轴承外圈1坯料发生变形，轴承外圈1坯料内表面逐渐塑性变形为球面，修补轮7的进给优化了轴承外圈1坯料内表面的形状，使轴承外圈1坯料和轴承内圈3之间形成符合成品要求的轴承游隙，主旋轮6先达到目标位置，当修补轮7也达到设定的目标位置时，旋锻成形完成，轴承外圈1坯料的待加工内表面加工完成，轴承外圈1坯料内表面刚好成一体式连续内球面，将轴承外圈1坯料完全套装到轴承内圈3上；

c.最后再通过对轴承外圈1坯料的端面与外表面进行车磨加工，形成所需的轴承外圈1外部形状，即获得由一个带外球面的轴承内圈3、一个带内球面的轴承外圈1和中间自润滑层2组成的整体式自润滑关节轴承成品。

在本实施例中，参见图1～3，进行整体式自润滑关节轴承加工时，采用的轴承外圈1坯料形状为整体式圆柱管状，其直径为成品轴承外圈1外径的1.3倍；按不同产品对轴承外圈1坯料的要求，制造出轴承外圈1坯料，将轴承外圈1坯料内表面进行打磨处理，在打磨后的轴承外圈1坯料内表面上粘附自润滑层2；然后，将轴承内圈3套在芯轴4上，用箍环5安装并夹紧轴承外圈1坯料，箍环5带动轴承外圈1坯料绕自身高速旋转，主旋轮6和修补轮7形状为圆盘状，主旋轮6和修补轮7进给方向与进给速度均可调整，并且需按照给定的旋锻工艺参数进行进给运动，其中轴承外圈1坯料转速范围是350~550r/min，控制主旋轮6径向进给量范围是0.1~0.2mm/r，修补轮7径向进给范围为0.08~0.1mm/r，控制主旋轮6轴向进给量范围是1~2mm/r，修补轮7的轴向进给范围是1.2mm~1.5mm/r。随着主旋轮6的进给，轴承外圈1坯料发生变形外圈坯料内表面逐渐塑性变形为球面，修补轮7的进给优化了外圈1坯料内表面的形状，使轴承外圈1坯料和轴承内圈3之间形成符合成品要求的轴承游隙，主旋轮6先达到目标位置，当修补轮7也达到设定的目标位置时，旋锻成形完成，此时，轴承外圈1坯料内表面与轴承内圈3外表面无抱死挤压作用，并且轴承外圈1坯料内表面与轴承内圈3外表面之间的间隙符合成品游隙要求。最后，再通过对轴承外圈1坯料端面与外表面车磨加工，获得自润滑关节轴承成品。

本实施例经过不断测试，控制进给轨迹参数，旋锻内表面粘附有自润滑层2的轴承外圈1坯料，使其内表面逐渐塑性变形为球面，形成符合成品要求的轴承游隙，同时实现轴承装配，轴承外圈1与轴承内圈3之间无抱死挤压作用，不会对自润滑层2造成损伤。本实施例整体式关节轴承双向旋锻成形方法，结构合理，方法创新并且有仿真依据，可解决现有自润滑关节轴承外圈成形工艺中诸多缺陷，对实际生产加工有重大的指导意义。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，在进行轴承外圈1毛坯备料时，选择轴承外圈1坯料的最大宽度为成品轴承外圈1宽度的1.6倍，保证必要的加工余量。

本实施例在轴承成形时，箍环5安装并夹紧轴承外圈1坯料，箍环5带动轴承外圈1坯料绕自身高速旋转，主旋轮6和修补轮7按照给定的旋锻工艺参数进行进给运动，随着主旋轮6的进给，轴承外圈1坯料发生变形外圈坯料内表面逐渐塑性变形为球面，修补轮7的进给优化了外圈1坯料内表面的形状，使轴承外圈1坯料和轴承内圈3之间形成符合成品要求的轴承游隙，主旋轮6先达到目标位置，当修补轮7也达到设定的目标位置时，旋锻成形完成。本实施例能更有效率加工尺寸与实施例一相同的关节轴承，本实施例整体式自润滑关节轴承外圈旋锻成形方法，结构合理，方法创新并且有仿真依据，可解决现有自润滑关节轴承外圈成形工艺中诸多缺陷，对实际生产加工有重大的指导意义。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明整体式自润滑关节轴承旋压成形方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种整体式关节轴承双向旋锻成形方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.轴承组件的准备和定位装夹设置：将自润滑关节轴承内圈（3）固定在旋锻加工中心装置的芯轴（4）上，准备自润滑关节轴承外圈（1）坯料，按不同产品对轴承外圈（1）坯料的要求，制造出所需形状的轴承外圈（1）坯料，使轴承外圈（1）坯料形状为整体式的圆柱管件，该圆柱管件内表面已经经过打磨处理并且径向尺寸相同，不需要进行后续加工，作为轴承外圈（1）坯料的待加工内表面，在旋锻加工中心装置的箍环（5）夹紧装置上安装轴承外圈（1）坯料时，将自润滑层（2）贴于轴承外圈（1）坯料的内表面上，完成自润滑层（2）的预先设置，然后将轴承外圈（1）坯料套装到轴承内圈（3）上，将轴承外圈（1）坯料的中间段固定安装于旋锻加工中心装置的箍环（5）夹紧装置上，并且轴承内圈（3）和轴承外圈（1）需要机械对中，轴承外圈（1）坯料的外表面朝向旋锻加工中心装置的主旋轮（6）和修补轮（7）的来向，主旋轮（6）和修补轮（7）设置于紧贴箍环（5）的轴承外圈（1）坯料外侧的位置处，完成轴承组件的准备和定位装夹设置；

b.主旋轮（6）和修补轮（7）按照设定的相对位置安装，并且使主旋轮（6）和修补轮（7）的起始位置位于紧贴箍环（5）上的位置，在进行旋锻加工时，保持轴承外圈（1）坯料内表面的旋锻制备及轴承装配同时进行，使主旋轮（6）和修补轮（7）的进给方向和进给速度均能够调整，旋锻加工中心的主旋轮（6）和修补轮（7）分为上下两端共4个旋轮，当开始旋锻加工时，上下两侧的旋轮分别向轴承两端同时进给，以此达到双向成形的效果，并且使上下两侧的主旋轮（6）和修补轮（7）按照给定的旋锻工艺参数沿着轴向与径向进行进给运动，主旋轮（6）和修补轮（7）为非同步进给，当主旋轮（6）进给到规定的轨迹线的一半路程时时，修补轮（7）开始进给；随着主旋轮（6）的进给，轴承外圈（1）坯料发生变形，轴承外圈（1）坯料内表面逐渐塑性变形为球面，修补轮（7）的进给优化了轴承外圈（1）坯料内表面的形状，使轴承外圈（1）坯料和轴承内圈（3）之间形成符合成品要求的轴承游隙，主旋轮（6）先达到目标位置，当修补轮（7）也达到设定的目标位置时，旋锻成形完成，轴承外圈（1）坯料的待加工内表面加工完成，轴承外圈（1）坯料内表面刚好成一体式连续内球面，将轴承外圈（1）坯料完全套装到轴承内圈（3）上；

c.最后再通过对轴承外圈（1）坯料的端面与外表面进行车磨加工，形成所需的轴承外圈（1）外部形状，即获得由一个带外球面的轴承内圈（3）、一个带内球面的轴承外圈（1）和中间自润滑层（2）组成的整体式自润滑关节轴承成品。

2.根据权利要求1所述整体式关节轴承双向旋锻成形方法，其特征在于：在所述步骤b中，进行旋锻加工时，旋锻加工中心的主旋轮（6）和修补轮（7）分为上下两端共4个旋轮，上下两侧的旋轮分别向轴承两端同时进给，以此达到双向成形的效果；轴承外圈（1）坯料按照给定的工艺参数匀速旋转，上下两侧主旋轮（6）和修补轮（7）做径向和轴向的复合运动，对轴承外圈（1）坯料进行双向旋锻并且能够达到一次成形的效果。

3.根据权利要求2所述整体式关节轴承双向旋锻成形方法，其特征在于：在所述步骤b中，进行旋锻加工时，在轴承外圈（1）坯料转动的同时，通过轴承外圈（1）坯料外表面和主旋轮（6）和修补轮（7）之间的摩擦作用，带动主旋轮（6）和修补轮（7）绕自身轴线转动。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述整体式关节轴承双向旋锻成形方法，其特征在于：在所述步骤b中，进行旋锻加工时，使主旋轮（6）和修补轮（7）按给定的旋锻的工艺参数进行曲线进给运动。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述整体式关节轴承双向旋锻成形方法，其特征在于：在所述步骤b中，进行旋锻加工时，控制轴承外圈（1）坯料转速范围是350~550r/min，控制主旋轮（6）径向进给量范围是0.1~0.2mm/r，修补轮（7）径向进给范围为0.08~0.1mm/r，控主旋轮（6）轴向进给量范围是1~2mm/r，修补轮（7）的轴向进给范围是1.2mm~1.5mm/r。

6.根据权利要求1所述整体式关节轴承双向旋锻成形方法，其特征在于：在所述步骤a中，采用的轴承外圈（1）坯料形状为整体式圆柱管状，其直径至少为成品轴承外圈（1）外径的1.3倍。