CN111644570B - 前后环轴承内圈生产方法 - Google Patents

Abstract

一种前后环轴承内圈生产方法，用于前后环轴承新材料新工艺应用及生产固化。轴承内圈采用熔模精密铸造合金钢基材经熔模精密铸造成形，轴承沟道采用激光熔敷纳米合金粉材料，经数控车铣复合中心加工及数控成形磨削后，整体采用镀黑锌处理，盐雾试验需达到200小时。本发明采用精密熔模精密铸造工艺，可有效提高轴承内圈尺寸精度和表面粗糙度，以及材料利用率；轴承沟道的熔敷采用高机械性能、高耐磨性、防锈蚀的合金纳米粉，采用全自动大功率、大光斑激光熔覆设备，通过激光熔覆，可控制薄壁件熔覆变形量，减小后序加工余量，提高加工效率；将轴承内圈的工艺流程固化后，可使产品质量的稳定性、使用寿命和装备作战时间大幅度提高。

Description

前后环轴承内圈生产方法

技术领域

本发明涉及轴承制造技术领域，具体是一种前后环轴承新材料新工艺应用及生产固化方法。

背景技术

前后环轴承用于自动输送火炮单元的导轨轴承，可实现转向、平移、承重等功能，使装甲车辆在射击时做到自动化、无人操作等。

前后环轴承包括传动前环和传动后环两部分，分别由前、后环的内圈、外圈和滚动体组成，其中滚动体为标准外购件，外圈为简单薄壁环形件，生产作业效率很高，但前、后环的内圈结构比较特殊和复杂，在生产过程中存在很多问题，主要如下：

（1）内圈材料问题：内圈材料选用低碳合金钢锻造，锻造件毛坯成型性较差，以致后续机加工难度和加工量都非常大，毛坯重量超过9kg，最终加工后零件重量为1.8kg，材料利用率仅20%，机加工工时超过40小时。

（2）内圈滚道焊接问题：由于内圈同时承担支撑和滚动，具有与轴承滚道同样的设计，需要在内圈材料低碳合金钢上焊接一层含碳量较高的材料并经淬火处理，焊接采取的是堆焊工艺，由于堆焊发热量大且时间长，故融合温度快速升高，造成内圈变形严重，成品率很低，不得已只能采取增加零件毛坯结构重量的方法来降低废品率，但反过来又会造成后续工序加工量大及加工质量难以保证的后果。

（3）前、后环的内圈生产工艺目前采取传统的工艺布局和生产组织方式，但其物料转运、工序衔接和加工信息仍然采用人工操作和记录，加工设备还是采取单人单机作业，生产效率很低，工序质量也不稳定，每月产能不到20台份（640套）左右，远远不能满足现代工业发展的要求。

（4）现有熔模铸造技术存在多种缺陷：液体金属未充满型腔，造成铸件缺肉、冷隔，铸件上有未完全融合的缝隙、凹陷、结疤、蛤蟆皮（桔皮），铸件表面有许多凹凸不平的鼓包，铸件内外表面局部鼓胀，形成不规则的突起物，铸件表面出现许多分散或密集的小突刺、铁刺(黄瓜刺)，铸件凹槽或拐角处有多余的光滑金属颗粒铁豆。

（5）现有电镀锌技术存在缺陷：易出现起泡、起皮，镀层起毛刺，主要是因零件镀前处理不彻底，有油污等杂质，电流过大,或者槽液有杂质，或者钝化槽某种药物含量过低。一般镀白锌盐雾试验24h，镀彩锌盐雾试验72h。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种前后环轴承内圈生产方法，以缩短前、后环轴承内圈生产周期，提高其使用寿命。

为实现上述发明目的，本发明的轴承内圈采用熔模精密铸造合金钢基材经熔模精密铸造成形，轴承沟道采用激光熔敷纳米合金粉材料，经数控车铣复合中心加工及数控成形磨削后，整体采用镀黑锌处理，盐雾试验需达到200小时；

所述轴承内圈熔模精密铸造合金钢基材为ZG32MnMo，其成份为：C:0.27-0.35%，Si:0.2-0.8%,Mn:0.9-1.2%,Mo:0.20-0.30%,P和S≤0.03%，其余成分含量是Fe；力学性能为：上屈服强度ReH≥392MPa,抗拉强度Rm≥686MPa,断后伸长率A%≥15%，断面收缩率Z%≥30%，冲击吸收功Aku1≥27,硬度≥HB217；

所述熔模精密铸造由铝材模具制造、蜡模制造、壳型制造及随后的浇注、凝固工序组成；铝材模具制造采用倒角圆滑过渡以减小应力集中，在厚度为24mm部位钻φ6mm～φ8mm小孔，以减少铸件成品的缩孔、砂眼，成形后采用整形工装对铸件成品进行矫正，最后采用喷丸处理以提高铸件成品的表面粗糙度；蜡模制造采用K512蜡料，经过铝材模具、压铸生产线形成蜡模；壳型制造成形工艺采用在蜡模表面浸耐火涂料，耐火涂料包括高铝质耐火涂料，其中Al₂O₃≥50%，在蜡模外撒第一层砂，主要成分是锆英粉锆英砂混合物，第二层砂依次用莫来石砂、莫来石粉混合物；壳型硬化前自然干燥、化学硬化后再干燥形成总厚度8mm厚的壳型；壳型需停放2～4h以上继续硬化，使壳型具有足够湿强度，脱蜡采用85～95℃热水脱蜡；壳型脱蜡后焙烧，采用天然气炉去除壳型中的水分、残余蜡料、皂化物，焙烧温度850～980℃，保温时间0.5～2h；浇注工序采用炉料准备、合金熔炼、壳型浇注、凝固、脱壳、落件、磨浇口、清理、检测外观尺寸，对铸件进行退火热处理，目的是为其转变为奥氏体，再炉冷，采用工装夹具及液压机机械矫正铸件成品外形，对铸件进行抛丸喷砂处理以清除铸件成品表面残砂、氧化皮，采用荧光磁粉探伤，检测铸件成品表面裂纹，X射线探伤铸件成品内部缩孔、疏松缺陷，防锈处理采用防锈液浸入法以保证铸件库存状态不锈蚀；

所述轴承沟道激光熔敷纳米合金粉采用气动或液动自动卡盘装夹熔模精密铸造成形铸件，卡盘带动铸件旋转，卡盘机械手臂上固定激光头，通过自动送粉器送粉，激光束加热，利用高能密度激光束将纳米合金粉与轴承内圈沟道的基材快速熔化，使纳米合金粉在基材表面快速凝固形成与基材具有完全不同成分和性能的合金层；激光熔覆功率2.5KW、扫描速度21mm/s，熔覆螺旋线轨迹的螺距2.4mm,装夹卡盘倾斜角度5-10°，送粉器嘴相对于加工中心线的倾斜角度为45°，熔覆层总厚1.2-1.3mm，要求熔覆层厚度均匀，不均匀度≤0.2，以保证轴承沟道表面的组织性能及硬度HRC51-56的均匀性，无孔隙，无裂纹。

所述轴承内圈的数控车铣复合中心加工是对铸件的车、铣在一台设备上一次装夹，实现铸件的车外径、内径、端面，以及铣台阶面、钻孔、铰孔。

所述轴承内圈的数控成形磨削是对铸件采用金刚笔修整器的砂轮使轴承内圈的沟道成形，电磁无心装夹固定轴承内圈的平面，浮动支承块定位轴承内圈的外径，一次定位，两沟道依次磨削成形。

所述轴承内圈的镀黑锌处理工序为：

（a）消除应力：镀黑锌前进行回火处理，回火炉加热140±10℃，保温5h，以消除轴承

内圈应力；

（b）碱液除油工序：用碱液清洗轴承内圈，所用碱液应对轴承内圈的镀层结合力无影响，主要借助于碱的化学作用来清除轴承内圈表面的油脂和轻微锈蚀，使被涂表面净化；

（c）酸洗活化工序：利用盐酸来酸洗除去轴承内圈表面的氧化膜，使其表面处于活化状态；

（d）镀黑锌工序：采用锌酸盐镀锌工艺，以获得≥8µm的镀层；

（e）出光工序：在40～60g/L的硝酸溶液中，室温下浸泡3～10s，对镀黑锌后的轴承内圈进行出光处理，以提高轴承内圈镀层的光亮度；

（f）黑色钝化工序：钝化时间30～120s,使镀锌层表面形成一层组织细密、抗蚀能力可提高7-10倍的铬酸盐钝化膜；

（g）漂洗工序：进行多级动态逆流漂洗，去除轴承内圈表面的污渍；

（h）干燥工序：干燥前的热水洗温度应不超过60℃，后放入烘干机，温度50～60℃，保温30min；

（i）除氢工序：干燥后将轴承内圈放入烘干箱，除氢温度140±10℃,时间≥5h，以减少轴承内圈的氢脆性。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）采用精密熔模精密铸造工艺，可有效提高轴承内圈尺寸精度和表面粗糙度，以及材料利用率。

（2）轴承沟道的熔敷采用高机械性能、高耐磨性、防锈蚀的合金纳米粉，采用全自动大功率、大光斑激光熔覆设备，通过激光熔覆，可控制薄壁件熔覆变形量，减小后序加工余量，提高加工效率。

（3）将轴承内圈的工艺流程固化后，可使产品质量的稳定性、使用寿命大幅度提高，以减小维护时间和成本，提高铸件表面粗糙度，控制产品变形量≤0.05，降低材料成本及加工成本60%左右。

具体实施方式

本发明采用熔模精密铸造合金钢基材经熔模精密铸造成形，以获得尺寸精度和表面光洁度较高的铸件，轴承沟道采用激光熔敷纳米合金粉材料，经数控车铣复合中心加工及数控成形磨削后，整体采用镀黑锌处理，盐雾试验需达到200小时，以提高轴承内的长久防腐性能。

所述轴承内圈熔模精密铸造合金钢基材为ZG32MnMo，其成份为：C:0.27-0.35%，Si:0.2-0.8%,Mn:0.9-1.2%,Mo:0.20-0.30%,P和S≤0.03%，其余成分含量是Fe；力学性能为：上屈服强度ReH≥392MPa,抗拉强度Rm≥686MPa,断后伸长率A%≥15%，断面收缩率Z%≥30%，冲击吸收功Aku1≥27,硬度≥HB217。

所述熔模精密铸造由铝材模具制造、蜡模制造、壳型制造及随后的浇注、凝固工序组成；铝材模具制造采用倒角圆滑过渡以减小应力集中，在厚度为24mm部位钻φ6mm～φ8mm小孔，以减少铸件成品的缩孔、砂眼，成形后采用整形工装对铸件成品进行矫正，最后采用喷丸处理以提高铸件成品的表面粗糙度；蜡模制造采用尺寸精度极高、线收缩率稳定、铸件表面光滑度佳的K512的蜡料，经过铝材模具、压铸生产线形成蜡模；壳型制造成形工艺采用在蜡模表面浸耐火涂料，耐火涂料包括高铝质耐火涂料，其中Al₂O₃≥50%，在蜡模外撒第一层砂，主要成分是锆英粉锆英砂混合物，第二层砂依次用莫来石砂、莫来石粉混合物；壳型硬化前经自然干燥、化学硬化后再干燥形成总厚度为8mm厚的壳型；壳型需停放2～4h以上继续硬化，使壳型具有足够湿强度，脱蜡采用85～95℃热水脱蜡；壳型脱蜡后焙烧，采用天然气炉去除壳型中的水分、残余蜡料、皂化物，焙烧温度850～980℃，保温时间0.5～2h；浇注工序采用炉料准备、合金熔炼、壳型浇注、凝固、脱壳、落件、磨浇口、清理、检测外观尺寸，再对铸件进行退火热处理，目的是为其转变为奥氏体，经炉冷后，采用工装夹具及液压机机械矫正铸件成品外形，对铸件进行抛丸喷砂处理以清除铸件成品表面残砂、氧化皮，采用荧光磁粉探伤，检测铸件成品表面裂纹，X射线探伤铸件成品内部缩孔、疏松缺陷，防锈处理采用防锈液浸入法以保证铸件库存状态不锈蚀。

所述轴承沟道激光熔敷纳米合金粉采用气动或液动自动卡盘装夹熔模精密铸造成形铸件，卡盘带动铸件旋转，卡盘机械手臂上固定激光头，通过自动送粉器送粉，激光束加热，利用高能密度激光束将纳米合金粉与轴承内圈沟道的基材快速熔化，使纳米合金粉在基材表面快速凝固形成与基材具有完全不同成分和性能的合金层；激光熔覆功率2.5KW、扫描速度21mm/s，熔覆螺旋线轨迹的螺距2.4mm,装夹卡盘倾斜角度5-10°，送粉器嘴相对于加工中心线的倾斜角度为45°，熔覆层总厚1.2-1.3mm，要求熔覆层厚度均匀，不均匀度≤0.2，以保证轴承沟道表面的组织性能及硬度HRC51-56的均匀性，无孔隙，无裂纹。

所述轴承内圈的数控成形磨削是对铸件采用金刚笔修整器的砂轮使轴承内圈的沟道成形，电磁无心装夹固定轴承内圈的平面，浮动支承块定位轴承内圈的外径，一次定位，两沟道依次磨削成形。

所述轴承内圈的镀黑锌处理工序为：

（a）消除应力：镀黑锌前进行回火处理，回火炉加热140±10℃，保温5h，以消除轴承

内圈应力；

（b）碱液除油工序：用碱液清洗轴承内圈，所用碱液应对轴承内圈的镀层结合力无影响，主要借助于碱的化学作用来清除轴承内圈表面的油脂和轻微锈蚀，使被涂表面净化；

（c）酸洗活化工序：利用盐酸来酸洗除去轴承内圈表面的氧化膜，使其表面处于活化状态；

（d）镀黑锌工序：采用锌酸盐镀锌工艺，以获得≥8µm的镀层；

（e）出光工序：在40～60g/L的硝酸溶液中，室温下浸泡3～10s，对镀黑锌后的轴承内圈进行出光处理，以提高轴承内圈镀层的光亮度；

（f）黑色钝化工序：钝化时间30～120s,使镀锌层表面形成一层组织细密、抗蚀能力可提高7-10倍的铬酸盐钝化膜；

（g）漂洗工序：进行多级动态逆流漂洗，去除轴承内圈表面的污渍；

（h）干燥工序：干燥前的热水洗温度应不超过60℃，后放入烘干机，温度50～60℃，保温30min；

（i）除氢工序：干燥后将轴承内圈放入烘干箱，除氢温度140±10℃,时间≥5h，以减少轴承内圈的氢脆性。

Claims (4)

1.一种前后环轴承内圈生产方法，其特征在于：轴承内圈采用熔模精密铸造合金钢基材经熔模精密铸造成形，轴承沟道采用激光熔敷纳米合金粉材料，经数控车铣复合中心加工及数控成形磨削后，整体采用镀黑锌处理，盐雾试验需达到200小时；

所述轴承内圈熔模精密铸造合金钢基材为ZG32MnMo，其成份为：C:0.27-0.35%，Si:0.2-0.8%,Mn:0.9-1.2%,Mo:0.20-0.30%,P和S≤0.03%，其余成分含量是Fe；力学性能为：上屈服强度ReH≥392MPa,抗拉强度Rm≥686MPa,断后伸长率A%≥15%，断面收缩率Z%≥30%，冲击吸收功Aku1≥27,硬度≥HB217；

所述熔模精密铸造由铝材模具制造、蜡模制造、壳型制造及随后的浇注、凝固工序组成；铝材模具制造采用倒角圆滑过渡以减小应力集中，在厚度为24mm部位钻φ6mm～φ8mm小孔，以减少铸件成品的缩孔、砂眼，成形后采用整形工装对铸件成品进行矫正，最后采用喷丸处理以提高铸件成品的表面粗糙度；蜡模制造采用K512蜡料，经过铝材模具、压铸生产线形成蜡模；壳型制造成形工艺采用在蜡模表面浸耐火涂料，耐火涂料包括高铝质耐火涂料，其中Al₂O₃≥50%，在蜡模外撒第一层砂，主要成分是锆英粉锆英砂混合物，第二层砂依次用莫来石砂、莫来石粉混合物；壳型硬化前自然干燥、化学硬化后再干燥形成总厚度8mm厚的壳型；壳型需停放2～4h以上继续硬化，使壳型具有足够湿强度，脱蜡采用85～95℃热水脱蜡；壳型脱蜡后焙烧，采用天然气炉去除壳型中的水分、残余蜡料、皂化物，焙烧温度850～980℃，保温时间0.5～2h；浇注工序采用炉料准备、合金熔炼、壳型浇注、凝固、脱壳、落件、磨浇口、清理、检测外观尺寸，对铸件进行退火热处理，目的是为其转变为奥氏体，再炉冷，采用工装夹具及液压机机械矫正铸件成品外形，对铸件进行抛丸喷砂处理以清除铸件成品表面残砂、氧化皮，采用荧光磁粉探伤，检测铸件成品表面裂纹，X射线探伤铸件成品内部缩孔、疏松缺陷，防锈处理采用防锈液浸入法以保证铸件库存状态不锈蚀；

所述轴承沟道激光熔敷纳米合金粉采用气动或液动自动卡盘装夹熔模精密铸造成形铸件，卡盘带动铸件旋转，卡盘机械手臂上固定激光头，通过自动送粉器送粉，激光束加热，利用高能密度激光束将纳米合金粉与轴承内圈沟道的基材快速熔化，使纳米合金粉在基材表面快速凝固形成与基材具有完全不同成分和性能的合金层；激光熔覆功率2.5KW、扫描速度21mm/s，熔覆螺旋线轨迹的螺距2.4mm,装夹卡盘倾斜角度5-10°，送粉器嘴相对于加工中心线的倾斜角度为45°，熔覆层总厚1.2-1.3mm，要求熔覆层厚度均匀，不均匀度≤0.2，以保证轴承沟道表面的组织性能及硬度HRC51-56的均匀性，无孔隙，无裂纹。

2.根据权利要求1所述的前后环轴承内圈生产方法，其特征在于：所述轴承内圈的数控车铣复合中心加工是对铸件的车、铣在一台设备上一次装夹，实现铸件的车外径、内径、端面，以及铣台阶面、钻孔、铰孔。

3.根据权利要求1所述的前后环轴承内圈生产方法，其特征在于：所述轴承内圈的数控成形磨削是对铸件采用金刚笔修整器的砂轮使轴承内圈的沟道成形，电磁无心装夹固定轴承内圈的平面，浮动支承块定位轴承内圈的外径，一次定位，两沟道依次磨削成形。

4.根据权利要求1所述的前后环轴承内圈生产方法，其特征在于：所述轴承内圈的镀黑锌处理工序为：

（a）消除应力：镀黑锌前进行回火处理，回火炉加热140±10℃，保温5h，以消除轴承

内圈应力；

（b）碱液除油工序：用碱液清洗轴承内圈，所用碱液应对轴承内圈的镀层结合力无影响，主要借助于碱的化学作用来清除轴承内圈表面的油脂和轻微锈蚀，使被涂表面净化；

（c）酸洗活化工序：利用盐酸来酸洗除去轴承内圈表面的氧化膜，使其表面处于活化状态；

（d）镀黑锌工序：采用锌酸盐镀锌工艺，以获得≥8µm的镀层；

（e）出光工序：在40～60g/L的硝酸溶液中，室温下浸泡3～10s，对镀黑锌后的轴承内圈进行出光处理，以提高轴承内圈镀层的光亮度；

（f）黑色钝化工序：钝化时间30～120s,使镀锌层表面形成一层组织细密、抗蚀能力可提高7-10倍的铬酸盐钝化膜；

（g）漂洗工序：进行多级动态逆流漂洗，去除轴承内圈表面的污渍；

（h）干燥工序：干燥前的热水洗温度应不超过60℃，后放入烘干机，温度50～60℃，保温30min；

（i）除氢工序：干燥后将轴承内圈放入烘干箱，除氢温度140±10℃,时间≥5h，以减少轴承内圈的氢脆性。