CN109909437A - 一种轴承套圈锻造加工工艺及其加工系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种轴承套圈锻造加工工艺及其加工系统，涉及轴承套圈锻造加工技术领域。工艺包括如下步骤(1)将高碳铬轴承钢材质的料段加热至1130℃‑1180℃；(2)将加热的料段沿轴向锻打，得到墩粗的料段；(3)挤压墩粗的料段，使墩粗的料段中部凹陷，冲透料段中部的凹陷部分，得到轴向冲孔的料段；(4)使用数控辗环机对轴向冲孔后的料段辗扩，得到套圈；(5)将套圈在6min‑8min风冷至600℃以下；(6)使用双层辊底式氮气保护退火炉对风冷后的套圈进行球化退火。加工系统包括加热炉、冲床、数控辗环机、风冷机、双层辊底式氮气保护退火炉。本发明能使轴承套圈表面粗糙度降低、球化退火后无脱碳层，从而减少切削加工余量，节省钢材，提高原材料利用率。
Description
技术领域
本发明涉及轴承套圈锻造加工技术领域，具体为一种轴承套圈锻造加工工艺及其加工系统。
背景技术
轴承包括套圈、滚动体、保持架，轴承套圈大多使用牌号为GCr15、G8Cr15、GCr15SiMn、GCr15SiMo、GCr18Mo、100Cr6的高碳铬轴承钢，在现有的轴承套圈的锻造加工过程中，由于普通辗环机加工精度低，使得轴承套圈的表面粗糙，以及由于退火炉内气体氛围不纯，导致轴承套圈的脱碳层增厚，都增大了后续切削加工余量，造成钢材浪费。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的上述不足，提供一种低表面粗糙度、零脱碳层的轴承套圈锻造加工工艺及其加工系统，减少切削加工余量，节省钢材，提高原材料利用率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种轴承套圈锻造加工工艺，包括如下步骤:
(1)将高碳铬轴承钢材质的料段加热至1130℃-1180℃；
(2)将加热的料段沿轴向锻打，得到墩粗的料段；
(3)将墩粗的料段挤压，使墩粗的料段的中部凹陷，冲透料段中部的凹陷部分，得到轴向冲孔的料段；
(4)使用数控辗环机对轴向冲孔后的料段辗扩，得到套圈；
(5)将套圈在6min-8min风冷至600℃以下；
(6)使用双层辊底式氮气保护退火炉对风冷后的套圈进行球化退火。
进一步的，所述步骤(1)加热料段时，先将高碳铬轴承钢材质的料段装入已经预热至250℃-350℃的加热模具中，再送入加热炉加热。
进一步的，当所述步骤(4)经过数控辗环机辗扩得到的套圈的表面出现裂纹、折叠、垫伤、凹陷时，使用打磨机打磨。
进一步的，在进行所述步骤(5)前，使用整形机对所述步骤(4)经过数控辗环机辗扩得到的套圈进行整形。
进一步的，所述步骤(5)风冷时，操作人员等在冷却轨道旁，待套圈传送至操作人员附近，操作人员将套圈移至冷却轨道的冷却区域风冷。
进一步的，当经过所述步骤(5)风冷后的套圈的温度仍高于600℃时，先将套圈升温至800℃-850℃再重复步骤(5)，做正火处理。
一种轴承套圈锻造加工系统，包括加热炉、冲床、数控辗环机、风冷机、双层辊底式氮气保护退火炉，所述加热炉用于将高碳铬轴承钢材质的料段加热，冲床用于将加热的料段依次进行墩粗、挤压、冲孔，得到轴向冲孔的料段，数控辗环机用于将轴向冲孔的料段辗扩，得到套圈，风冷机用于将套圈进行风冷，双层辊底式氮气保护退火炉用于将风冷后的套圈球化退火。
进一步的，所述冲床包括用于将加热的料段墩粗和挤压的400吨闭式单点压力机和用于将挤压后的料段冲孔的250吨闭式单点压力机。
进一步的，还包括远红外测温仪,远红外测温仪用于监测被所述加热炉加热的料段的温度和被所述风冷机风冷的套圈的温度。
与现有技术相比，发明的有益效果是：
1、本发明通过对料段依次进行加热、墩粗、挤压冲孔、数控辗环机辗扩、风冷、双层辊底式氮气保护退火炉球化退火，能够提供一种低表面粗糙度、零脱碳层的轴承锻造加工工艺，减小切削加工余量，节省钢材，提高原材料利用率。本发明通过将高碳铬轴承钢材质的料段加热至1130℃-1180℃，能够使料段的金相组织转变为具有良好塑性的奥氏体组织，便于后续对加热的料段进行锻打、挤压、冲孔；通过对加热的料段沿其轴向进行锻打，不仅能够墩粗料段，减少挤压冲孔的进程，便于挤压冲孔，还能够分散料段内的网状碳化物，减轻网状碳化物的连续分布情况，提高料段的强度，进而提高轴承套圈的使用寿命，因为在锻打的过程中，随着料段温度降低，网状碳化物从晶界析出并连续分布，连续分布的网状碳化物会降低料段的强度，所以锻打还能够分散料段内的网状碳化物；通过将墩粗的料段挤压，使墩粗的料段的中部凹陷，能够为接下来的冲孔做铺垫，减少冲孔的形变，提高冲孔的精度；通过冲透料段中部的凹陷部分，得到轴向冲孔的料段，能够将圆柱状的料段裁切为圆环状的料段，便于将料段放置在数控辗环机上进行辗扩；数控辗环机的使用，不仅能够精确料段的辗扩尺寸，还能够得到表面粗糙度更低的套圈，减轻后续对套圈的表面处理强度，便于后续切削加工，减少后续切削加工余量，提高原材料利用率，降低轴承的成本；通过将套圈在6min-8min风冷至600℃以下，能够避免套圈金相组织中网状碳化物继续析出，从而提高套圈的强度；通过使用双层辊底式氮气保护退火炉对套圈进行球化退火，不仅能够使套圈的金相组织中的碳化物成为更细小、均匀的球状，还能够使套圈在炉内退火时受到纯氮气的保护，得到零脱碳层的球化退火套圈，使套圈具有更好的塑性和韧性，改善切削加工性能，减小自身应力，减少切削加工余量，提高原材料利用率，因为如果套圈的表面存在脱碳层，那么会由于脱碳层的硬度低、不耐磨，加大切削加工余量，造成钢材的浪费，提高成本，此外经过球化退火也使后续淬火效果均一，减少淬火变形，提高淬火硬度。
2、本发明通过预热加热模具，能够加快加热炉对料段的加热效率。
3、本发明通过对出现裂纹、折叠、垫伤、凹陷缺陷的套圈进行打磨，能够避免风冷时，套圈温度降低不均匀，也能够避免球化退火时，套圈受热不均匀，从而提高套圈金相组织的均匀度，进而提高套圈强度，延长套圈的使用寿命。
4、本发明通过在进行所述步骤(5)前，使用整形机对所述步骤(4)得到套圈进行整形，能够消除套圈的椭圆度，减少套圈的尺寸偏差，因为在使用数控辗环机对轴向冲孔的料段进行辗扩的过程中，随着套圈的内径不断扩大，套圈出现一定椭圆度和尺寸偏差，从而影响套圈的精度，最终影响成品轴承套圈的质量，所以使用整形机进行整形，不仅能够提高套圈的加工精度，还能够在后续风冷、球化退火时，使套圈散热、受热均匀，使套圈内部金相组织更均匀，提高套圈的强度。
5、本发明通过让操作人员先等候在冷却轨道旁，能够避免操作人员被沿着冷却轨道滚动的套圈烫伤，提高了风冷的安全性。
6、本发明通过将风冷后的温度仍高于600℃的套圈先升温至800℃-850℃，能够使风冷后未降低到600℃以下的套圈的金相组织中析出的网状碳化物溶解在奥氏体组织中，然后再重复步骤(5)，做正火处理，提高套圈强度。
7、本发明通过设置加热炉、冲床、数控辗环机、风冷机、双层辊底式氮气保护退火炉，能够提供一种低表面粗糙度、零脱碳层的轴承锻造加工系统，减小切削加工余量，节省钢材，提高原材料利用率。通过设置加热炉，能够使料段的金相组织转变为具有良好塑性的奥氏体组织，便于后续冲床对加热的料段进行锻打、挤压、冲孔；通过使用冲床对加热的料段进行锻打，不仅能够降低料段的轴向高度，减少挤压冲孔的加工进程，便于挤压冲孔，还能够分散料段内的网状碳化物，减轻网状碳化物的连续分布情况，由于在锻打的过程中，随着料段温度降低，网状碳化物从奥氏体组织的晶界析出并连续分布，连续分布的网状碳化物会降低料段的强度，所以锻打还能够分散料段内的网状碳化物，提高料段的强度，进而提高轴承套圈的使用寿命；通过使用冲床挤压和冲孔则可以将圆柱状的料段裁切为圆环状的料段，从而便于将料段放置在数控辗环机进行辗扩；数控辗环机的使用，不仅能够精确控制料段的辗扩尺寸，还能够得到表面粗糙度更低的套圈，减轻后续对套圈的表面处理强度，便于后续切削加工，减少切削加工余量，节省钢材，提高原材料利用率，降低轴承的成本；通过设置风冷机，能够对经过辗扩的套圈进行风冷，避免套圈金相组织中网状碳化物继续析出，从而提高套圈的强度；设置双层辊底式氮气保护退火炉，不仅能够使套圈的金相组织中的碳化物成为更细小、均匀的球状，还能够使套圈在炉内退火时受到纯氮气的保护，得到零脱碳层的球化退火套圈，使套圈具有更好的塑性和韧性，减小自身应力，改善切削加工性能，减少切削加工余量，提高原材料利用率，因为如果套圈的表面存在脱碳层，那么会由于脱碳层的硬度低、不耐磨，加大切削加工余量，造成钢材的浪费，提高成本。
8、本发明通过使用远红外测温仪监测料段温度，能够实现对料段温度的准确监测，提高轴承套圈加工质量。
附图说明
图1为一种轴承套圈锻造加工工艺流程图；
图2为一种轴承套圈锻造加工系统图；
图3为设有整形机的一种轴承套圈锻造加工系统图；
图4为球化退火工艺曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
一种轴承套圈锻造加工工艺及其加工系统，如图1和图2所示，
(1)加热料段：先将加热模具预热至250℃-350℃，以便于加快蓄热式贯通加热炉对料段的加热效率；再将高碳铬轴承钢材质的料段装入已经预热的加热模具中，然后放入蓄热式贯通加热炉内加热至1130℃-1180℃，当高碳铬轴承钢材质的料段加热至1130℃-1180℃时，料段的金相组织转变为具有良好塑性的奥氏体组织，便于后续对加热的料段进行锻打、挤压、冲孔，料段是由棒料截断得到的。
进一步的，在加热料段的过程中，在检测加热料段的温度时，需用远红外测温仪检测，便于实现对料段温度的准确监测，提高加工质量。
进一步的，每批加热的料段中，需对首件进行检查；批量生产中，操作人员应做到自检、互检、专职检查员专检，专职检查员检查时需严格监控料段几何尺寸和形位公差，以提高料段的加工精度。
进一步的，在维护蓄热式贯通加热炉时，需要校对炉温并在电脑里干预修正，并且校对热电偶插入位置，从而保证蓄热式贯通加热炉的正常运行。
进一步的，当蓄热式贯通加热炉的电器或机械部分有故障时，需立即找电工、钳工及时维修；当蓄热式贯通加热炉为大修或故障停炉后，新开炉时需烘炉后再装料加热，以便于提高料段的加热效率。
(2)墩粗：使用400吨闭式单点压力机将加热的料段沿其轴向锻打，使加热的料段轴向高度减低，径向横截面增大，得到墩粗的料段，从而减少后续挤压冲孔的进程，便于挤压冲孔，还能够分散料段内的网状碳化物，减轻网状碳化物的连续分布情况，提高料段的强度，进而提高轴承套圈的使用寿命，因为在锻打的过程中，随着料段温度降低，网状碳化物从奥氏体组织的晶界析出并连续分布，连续分布的网状碳化物会降低料段的强度，所以锻打还能够分散料段内的网状碳化物。
(3)挤压冲孔：先将墩粗的料段放入冲压模具内，用400吨闭式单点压力机的冲头挤压，使墩粗的料段在冲压模具中成型，得到中部凹陷的料段，从而为接下来的冲孔做铺垫，减少冲孔的形变，提高冲孔的精度；然后采用250吨闭式单点压力机的仿形模具冲孔，切除料段中部凹陷的多余料，得到轴向冲孔的料段，从而能够将圆柱状的料段裁切为圆环状的料段，便于将料段放置在数控辗环机上进行辗扩。
进一步的，所述步骤(2)得到的墩粗的料段和步骤(3)得到的冲孔的料段均需要使用卡尺在生产过程中，每隔10件检查1-4件。通过对墩粗的料段和轴向冲孔的料段用卡尺检测尺寸，能够提高轴承套圈的加工精度，从而提高轴承套圈的成品率，减少废件率。
进一步的，400吨闭式单点压力机和250吨闭式单点压力机在维护时，需按照设备润滑图标规定，进行合理润滑，延长设备的使用寿命。
进一步的，当400吨闭式单点压力机或250吨闭式单点压力机发生故障检修时，需切断电源后方可进行检修。
进一步的，冲压模具或者仿形模具有裂纹时不可使用，防止冲压模具或者仿形模具飞起伤人，以及防止损伤料段；在400吨闭式单点压力机或250吨闭式单点压力机运行时，不可接触转动部位，防止操作人员受伤；操作人员时刻注意冲压模具或者仿形模具的位置和中心有无变动，不可使用不合格或者变钝的冲压模具或者仿形模具，以防止损伤料段。
进一步的，在装冲压模具或者仿形模具时，冲压模具或者仿形模具的上下模要对准，行程要调好；冲压模具或者仿形模具装好后，要点动开车进行试验；校正冲压模具或者仿形模具的上下模时，行程不能过长；冲压模具或者仿形模具的中心需在冲床压力中心。
(4)将冲孔后的料段在数控辗环机上，利用辗压轮和辗压芯棒将冲孔后的料段扩至所需的尺寸，得到套圈，数控辗环机的使用，不仅能够精确料段的辗扩尺寸，还能够得到表面粗糙度更低的套圈，减轻后续对套圈的表面处理强度，便于后续切削加工，减少后续切削加工余量，减少钢材浪费，提高原材料利用率，降低轴承的成本。
进一步的，在数控辗环机辗扩完后，需使用卡尺和三角台对套圈进行检查，以便于提高套圈的加工精度。
进一步的，当数控辗环机发生电气故障时，需切断电源并通知维修员修理。
进一步的，检查数控辗环机运转是否正常，待数控辗环机全部正常后方可使用，准备好数控辗环机的工装和辊压模具，数控辗环机的工装包括辗压轮、支撑轮、辗压芯棒、信号轮。
进一步的，辗压结束后套圈的温度为850℃-900℃；数控辗环机的变动量Ki值为锻造切削加工第一道工序加工表面留量的五分之一；经数控辗环机辗扩的套圈的表面不允许有过热、过烧、水炸、裂纹的缺陷存在，当套圈的表面有垫伤和凹陷时，数控辗环机的变动量应以最深处计算；经数控辗环机辗扩的套圈，以保证内径尺寸以及几何精度能够测量和不影响切削加工加持情况下，允许同时在一端出现轴向毛刺，另一端出现径向毛刺，按照《轴承套圈毛胚辗环件技术条件》执行；套圈的端面有氧化皮、工具垫伤的缺陷时，其深度应计入凹陷值内，凹陷值允许值按《轴承套圈毛胚辗环件技术条件》执行；套圈的表面出现裂纹、折叠、垫伤、凹陷时，可用打磨机打磨，打磨深度符合《轴承套圈毛胚辗环件技术条件》规定。
进一步的，整形机适用于薄壁产品或是异形产品，对于数控辗环机不能完整辗扩成型的产品，如图3所示，在进行所述步骤(5)前，使用整形机对所述步骤(4)得到的套圈进行整形。这样能够消除套圈的椭圆度，减少套圈的尺寸偏差，因为在使用数控辗环机对轴向冲孔的料段进行辗扩的过程中，随着套圈的内径不断扩大，套圈出现一定椭圆度和尺寸偏差，从而影响套圈的精度，最终影响成品轴承的质量，所以使用整形机进行整形，不仅能够提高轴承套圈的加工精度，还能够在后续风冷、球化退火时，使轴承套圈散热、受热均匀，使轴承套圈内部组织更均匀，提高轴承套圈的强度。而对于数控辗环机能够完整辗扩的产品，则在步骤(4)后直接进行步骤(5)风冷。
(5)将套圈在6min-8min风冷至600℃以下，能够避免套圈金相组织中网状碳化物的继续析出，从而提高套圈的强度。
进一步的，风冷时，操作人员需先检查风冷机运转是否正常、供电开关、电器是否正常，然后操作人员等在冷却轨道旁，不可阻挡冷却轨道，防止烫伤，等候步骤(4)得到的套圈，套圈传送操作人员附近，操作人员根据套圈的尺寸选择使用专用工具勾勾住套圈或者专用工具钳钳住套圈，将套圈移至冷却轨道的冷却区域风冷，在套圈风冷时，需用远红外测温仪监测套圈的温度。
进一步的，当经过所述步骤(5)风冷后的、且未进行步骤(6)的套圈的温度仍高于600℃时，先将套圈升温至800℃-850℃，便于使风冷后未降低到600℃以下的套圈的金相组织中析出的网状碳化物溶解在奥氏体组织中，再重复步骤(5)，做正火处理，提高套圈强度。
进一步的，在维护风冷机时，需检查电流、电压表是否正常。
(6)将风冷后的套圈放入双层辊底式氮气保护退火炉内球化退火，其工艺曲线如图4所示，球化退火时，将风冷的套圈先在2h内升温至780℃-800℃，接着在780℃-800℃保温6h，然后在双层辊底式氮气保护退火炉内在6h-8h随炉冷却至600℃，最后出炉空冷。通过使用双层辊底式氮气保护退火炉对套圈进行球化退火，能够使套圈在炉内退火时受到纯氮气的保护，得到零脱碳层的球化退火套圈，使套圈具有更好的塑性和韧性，减小自身应力，改善切削加工性能，减少切削加工余量，因为如果套圈的表面存在脱碳层，那么会由于脱碳层的硬度低、不耐磨，加大切削加工余量，造成钢材的浪费，提高成本，此外球化退火也使后续淬火效果均一，减少淬火变形，提高淬火硬度。
具体的，高碳铬轴承钢材质的套圈在球化退火后的碳化物为细小、均匀分布的球化组织，能够使套圈具有更好的塑性和韧性，改善切削加工性能。根据《滚动轴承高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》GB/T34891-2017的标准规定，球化退火后的套圈硬度要求如下表：
进一步的，当双层辊底式氮气保护退火炉内的炉丝断路时，需立即停止球化退火，将正在球化退火的套圈拉出炉外空冷，当双层辊底式氮气保护退火炉修理好后再重复步骤(6)；当双层辊底式氮气保护退火炉的仪表控制失灵时，应立即维修，仪表每周校对一次，炉温与仪表不符时需及时校对；仪表失灵时的套圈出炉后，需取样N-2N件套圈进行金相组织检查，N为正整数；双层辊底式氮气保护退火炉故障维修超过2h，应停炉，将套圈拉出炉外空冷，维修后重新升温时，冷炉升温保温后，应进行仪表校对，正常后方可继续对套圈退火。
进一步的，当对套圈退火的质量进行检查时，每炉抽检1-2件，其中每班次第一盘和最后一盘各检查1件，凡是返修套圈应每炉抽检N-2N件，合格后方可移动；金相检查，除检查球化退火组织，套圈的脱碳层应小于等于单边加工余量的1/3，所有经过切削加工面不允许有脱碳存在，套圈余热退火后采取隔班百检，待全项合格后方可移动；除操作人员自检外，当班检察员应及时进行热态套圈件的抽检，并将抽检合格套圈及时放入箱内；余热退火轴承检查硬度每箱2件。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种轴承套圈锻造加工工艺，其特征在于，包括如下步骤:
(1)将高碳铬轴承钢材质的料段加热至1130℃-1180℃；
(2)将加热的料段沿轴向锻打，得到墩粗的料段；
(3)将墩粗的料段挤压，使墩粗的料段的中部凹陷，冲透料段中部的凹陷部分，得到轴向冲孔的料段；
(4)使用数控辗环机对轴向冲孔后的料段辗扩，得到套圈；
(5)将套圈在6min-8min风冷至600℃以下；
(6)使用双层辊底式氮气保护退火炉对风冷后的套圈进行球化退火。
2.如权利要求1所述的一种轴承套圈锻造加工工艺，其特征在于，所述步骤(1)加热料段时，先将高碳铬轴承钢材质的料段装入已经预热至250℃-350℃的加热模具中，再送入加热炉加热。
3.如权利要求1所述的一种轴承套圈锻造加工工艺，其特征在于，当所述步骤(4)经过数控辗环机辗扩得到的套圈的表面出现裂纹、折叠、垫伤、凹陷时，使用打磨机打磨。
4.如权利要求1所述的一种轴承套圈锻造加工工艺，其特征在于，在进行所述步骤(5)前，使用整形机对所述步骤(4)经过数控辗环机辗扩得到的套圈进行整形。
5.如权利要求1所述的一种轴承套圈锻造加工工艺，其特征在于，所述步骤(5)风冷时，操作人员等在冷却轨道旁，待套圈传送至操作人员附近，操作人员将套圈移至冷却轨道的冷却区域风冷。
6.如权利要求5所述的一种轴承套圈锻造加工工艺，其特征在于，当经过所述步骤(5)风冷后的套圈的温度仍高于600℃时，先将套圈升温至800℃-850℃再重复步骤(5)，做正火处理。
7.一种轴承套圈锻造加工系统，其特征在于，包括加热炉、冲床、数控辗环机、风冷机、双层辊底式氮气保护退火炉，所述加热炉用于将高碳铬轴承钢材质的料段加热，冲床用于将加热的料段依次进行墩粗、挤压、冲孔，得到轴向冲孔的料段，数控辗环机用于将轴向冲孔的料段辗扩，得到套圈，风冷机用于将套圈进行风冷，双层辊底式氮气保护退火炉用于将风冷后的套圈球化退火。
8.如权利要求8所述的一种轴承套圈锻造加工系统，其特征在于，所述冲床包括用于将加热的料段墩粗和挤压的400吨闭式单点压力机和用于将挤压后的料段冲孔的250吨闭式单点压力机。
9.如权利要求8所述的一种轴承套圈锻造加工工艺，其特征在于，还包括远红外测温仪,远红外测温仪用于监测被所述加热炉加热的料段的温度和被所述风冷机风冷的套圈的温度。
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