轴承套圈冷辗扩基本原理与应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,?轴承套圈冷辗扩加工技术原理与应用简介?,第一章,冷辗扩技术的来由及背景,精密冷辗是从传统热辗扩发展而来的至少在六、七十年之前，人们就产生了实现精辗的愿望，并先后做过试验，但受到多种条件的制约近,20,年以来，由于精密冷辗工艺方面的突破性进展和现代工业控制技术、传感器技术、微机技术、材料技术等的飞速发展，为精密冷辗技术的发展创造了条件，使其由试验研究进入实用阶段当前精密冷辗技术在世界范围内处于成长和上升时期这一阶段的主要标志是在应用中提高、完善、发展，在发展中扩大应用精密冷辗技术的成功应用需要,4,个条件：,A,先进而适用的冷辗环机B,质量足够高、供应充足的模具及其制造技术C,冷辗用坯料的制备D,掌握冷辗技术的人员培训我们期望，未来的精密冷辗技术的加工精度能达到粗磨加工的效果，冷辗环机像其他数控机床一样稳定、可靠、自动，冷辗加工的套圈具有质量一致性、粗糙度低、公差小、生产时间短和材料损失少等优点，而这些也正是我们努力的目标第一章,冷辗扩技术的来由及背景,第二章轴承套圈冷辗扩加工技术的发展概况,在常温下用轧制加工环形零件是轧制加工的又一种类型。

近几年来，我国轴承行业开始采用冷轧加工轴承套圈它与冷轧丝杠或齿轮等零件的不同点在于轴承套圈毛坯在成形辊和芯辊之间经冷轧后截面缩小而工件直径扩大为了区别于一般的螺栓和齿轮这类零件的冷轧加工，我们把轴承套圈这类环形零件的冷轧加工称为冷辗扩加工，把用来进行冷辗扩加工的设备称为冷辗扩机轴承套圈的冷辗扩工艺是上世纪,80,年代发展起来的新技术最先采用这项技术的有德国、美国、日本和前苏联，在,80,年代末和,90,年代初开始受到我国轴承行业的重视，先后派员出国考察和洽谈引进冷辗扩设备就在国内轴承行业将进行一场轰轰烈烈的工艺革命的同时，领导人高瞻远瞩，先后,引进世界上最先进的由德国巴德,杜本公司生产的冷辗机及技术，率先将轴承环,(,套圈,),精密冷辗扩成型工艺及设备用于中大型号套圈大批量生产中，经过公司不断地消化吸收，生产试制，现已成功地生产了几十个品种，月产量,50,多万套的大中型轴承套圈，技术、质量明显地上了个新台阶第二章轴承套圈冷辗扩加工技术的发展概况,一、冷辗加工技术的发展,目前我们公司已经拥有精密冷辗扩国内最先进的技术，以及最先进的冷辗扩机URWA120、URWA160、XS-100、XS-130、PCR-120。

URWA,系列,XS,系列,第二章轴承套圈冷辗扩加工技术的发展概况,第二章轴承套圈冷辗扩加工技术的发展概况,二、辗压产品的类型,在实际的生产中,轴承套圈的形状是多种多样的,根据总体设计的要求,当使用场合不同,性能要求不同时,套圈的形状、尺寸等参数也会随之而改变，一般来讲，适合冷辗扩加工的产品有两大类：,1,、截面对称型套圈,这类套圈的横截面形状是对称的，这样在冷辗过程中就可使机床、辗压件及模具等受力均匀，机床零件和模具的寿命得到提高，同时又可使辗压件在一种平衡的状态下变形，有利于金属的变形流动和按照设定的部位分布第二章轴承套圈冷辗扩加工技术的发展概况,在这类产品中，结构形状也是各有不同的，目前适合冷辗加工的对称型套圈有如下几种：,a),直壁形状,这类零件的形状简单,易于,加工,在加工中不用考虑材料的分布问题,只要保,证辗压件在辗压过程中的轴向定位准确,就能完,成冷辗过程,第二章轴承套圈冷辗扩加工技术的发展概况,b),内圈或外圈带有浅滚道的形状,这类零件多属于轴承的深沟球类、短圆柱类等的内外套圈,在加工中就要适当的考虑金属材料的合理分布,以及变形过程中的流向问题c),在外径或内径带球面的形状,该类零件虽然属于对称形状,但其截面材料的分布是不均匀的,这样在冷辗过程中变形的不一致将对冷辗进程中辗压件的合理成型产生影响。

d),外径和内径均为球面形状类套圈的横截面形状是对称的，这样在冷辗过程中就可使机床、辗压件及模具等受力不均匀，机床零件和模具的寿命得不到保障，同时又可使辗压件在一种非平衡的状态下变形，不利于金属的变形流动和按照设定的部位分布2,、截面非对称型套圈,冷辗扩的工作原理是由一个主驱动的模具滚轮来成形外表面形状以及一个从动的旋转模具芯棒来成形内表面形状，他们由支撑轮将其挤压成形，因此这种利用金属材料的塑性变形来获得所需的零件形状和尺寸，没有材料的切除，也没有强烈的震动和噪声，因而具有切屑加工所不可比拟的优点第三章冷辗扩加工的优点,第三章冷辗扩加工的优点,1,、提高材料利用率,利用冷辗扩加工能提高材料利用率，可以从以下两方面来进行分析：,1 在轴承套圈磨加工前全部采用车加工，需要在一个与成品工件相同直径指平均直径的毛坯表面切除金属余量而采用冷辗扩加工时，只需在一个小于成品工件的毛坯表面切除金属余量车加工与冷辗加工下料比较锻件毛坯,第三章冷辗扩加工的优点,2由于冷辗扩加工是利用材料的塑性变形成形，工件原来要用车加工切除金属来得到的沟槽和圆角等均可利用材料的塑性变形得到，因而减少了金属材料的损耗采用冷辗加工可节省钢材；减少机械加工量。

第三章冷辗扩加工的优点,2,、减少了加工工序,传统的球轴承套圈车加工工艺为：,车内径、端面、倒角 车外径、端面、倒角 平面无心 精车 车沟道 车装配倒角,采用车,-,冷辗扩加工球轴承套圈的工艺为：,车内径与一端面、倒角 车外径与另一端面、倒角 平面无心 冷辗扩加工,车,-,冷辗扩工艺不仅工序减少了，而且设备数量和占地面积也相应减少，同时也节省了人力第三章冷辗扩加工的优点,3,、提高了套圈的加工质量,采用冷辗扩加工能提高套圈质量主要表现在以下两个方面：,第,三,章冷辗扩加工的优点,1经过冷辗扩加工，使工件金属材料内部的晶粒按工件表面形状延伸，而不象车削沟道那样被切断，同时也提高了材料的密度，使套圈表面的耐磨性和使用寿命大大提高，冷辗扩加工的套圈寿命一般至少提高50%，比一般车削加工的套圈高410倍冷辗与车加工套圈断面的比较,第,三,章冷辗扩加工的优点,A,冷辗后的流线：,流线不仅与沟道表面形状一致，在表面上无断头，而且在沟道表面以下，超过,1MM,深度范围内特别致密，愈接近表面愈致密B,原料中的夹杂物在冷辗后也明显按流线取向C,冷辗并热处理后的晶粒度：,晶粒度一般比传统加工提高,2-4,级，而且均匀性也大大提高。

D,冷辗并热处理后的显微组织：,经冷辗，其碳化物细小而分布均匀、浓度起伏变化小2),由于冷辗扩加工是利用模具成形,使工件的圆角沟道等结构尺寸稳定主要加工表面的尺度精度、粗糙度和形位公差能稳定的达到甚至超过车加工水平，有利于后工序的加工第三章冷辗扩加工的优点,冷辗套圈的尺寸集中度要好于车加工,第三章冷辗扩加工的优点,4,、生产效率高，劳动条件好,冷辗扩加工轴承套圈，生产效率比车加工高，操作也比车加工方便和安全，劳动强度也比较低第四章轴承套圈冷辗扩设备与模具,目前，国内轴承行业陆续从德国的巴德杜本公司和日本的共荣精工引进了一些冷辗扩冷辗扩机，德国的巴德杜本公司是研究开发轴承套圈冷辗扩设备较早的厂家，生产的冷辗扩机有立式的，也有卧式的，日本共荣精工生产的是卧式的立式是指成形辊、心棒和托,辊三者中心线位于同一个垂,直平面内，而卧式是指三者,中心线位于同一水平面内右图为冷辗扩工作原理图：,1,工件,2,成形辊,3,测杆,4,心棒,一、冷辗扩设备,第四章轴承套圈冷辗扩设备与模具,引进的是德国巴德杜本生产的,URWA,系列冷辗扩机，这种系列的冷辗扩机采用了圆度控制辊来保证工件的圆度，避免了由于材料不均匀等因素引起的圆度误差。

辗扩压力随辗压时间而变化，对某种型号的套圈，计算机根据套圈的几何尺寸及材料性能存储其辗压力随时间变化的理论曲线，在辗压的过程中，计算机根据辗压是压力的变化与理论曲线进行比较，然后进行控制，因此机床的加工精度比较高，机床的价格相对来说也较高随着冷辗扩加工工艺的发展，我们公司先后又引进了国产的,XS100,、,XS130,等系列的冷辗扩机，,PCR,系列冷辗扩机也即将投入使用第四章轴承套圈冷辗扩设备与模具,二 冷辗扩模具,芯辊,辗压轮,第四章轴承套圈冷辗扩设备与模具,1,、冷辗扩比的确定,辗扩比K是辗压前毛坯壁厚与辗压后工件壁厚之比，考虑到计算方便，实际设计中取：,K=d/do 式中 d冷辗件内径,do毛坯内径,一般辗扩比取值范围为在辗扩比的选取上，内外圈有所不同对于外圈，由于沟道成型方向与芯辊运动方向相同，在沟道成型过程中，金属即向挡边处流动，挡边容易成型，因而不需要特别大的辗扩比，高度较小的套圈可选在之间，而高度较大的套圈可选在之间，考虑节材因素应尽可能取偏大值，但生产效率会有所降低对于内圈，由于沟道成型方向与芯辊运动方向相反，挡边不易成型，故应选较大的辗扩比，但是对于内径较小的内圈毛坯，由于考虑内圈芯辊强度问题，芯辊外径尺寸不能太小，因而辗扩比又不能大。

为解决这一矛盾，对内径较小的内圈毛坯，采取毛坯上挖浅沟的办法，以缩短沟道成型过程，从而利于挡边的成型辗扩比大时沟浅些，小时沟深些K 在之间只有综合考虑冷辗件尺寸、模具尺寸、成型完全、节材、生产效率等因素，才能正确地选择辗扩比第四章轴承套圈冷辗扩设备与模具,2,、提高轴承套圈冷辗芯辊寿命的途径,芯辊作为轴承套圈冷辗扩工艺的重要模具,工作,时与,GCr15,钢套圈接触辗扩,同时承受冲击力及摩擦,力原热处理工艺为,800,850,预热,1140,1200,淬火,550,600,回火,3,4,次,该工艺单纯,追求芯辊的强度及耐磨性忽视韧性,可能会导致芯辊的平均使用寿命不高,99%,出现早期断裂,生产效率低,生产成本高因此,合理选材,正确制订热处理 工艺,对于延长模具使用寿命起着关键作用第四章轴承套圈冷辗扩设备与模具,2,、提高轴承套圈冷辗芯辊寿命的途径,1模具的材料,国内常用Cr12 系列钢制作冷摆辗模具Cr12系列钢主要有Cr12、Cr12Mo、Cr12MoV等3种,其中以Cr12和Cr12MoV应用最为广泛材料具有高的淬透性、强度和耐磨性,但它们 属于莱氏体钢,含有大量的一次、二次碳化物,且偏析很大。

因此,正确设计热处理工艺,成为提 高模具寿命的关键环节我们公司用的模具材料有：Cr12,Cr12MoV,LD,GCr15等,2模具的热处理工艺,球化退火预处理最终热处理(包括淬火回火、等温淬火)第四章轴承套圈冷辗扩设备与模具,3,、冷辗模具的失效分析,在工作过程中,各种冷辗模具的失效形式是不相同的,但归纳起来主要有磨损失效与断裂失效两大类1 磨损失效 冷辗成形时,模具在工件端面上滚动(或滚动+滑动),坯料 在凹模内变形并产生切向流动,使坯料与模具间产生剧烈摩擦,造成不同程度的磨损伤痕,严重的 磨损将使模具的型腔尺寸发生变化或改变模具的表面状态使之不能继续服役2断裂失效 冷辗模具在辗扩过程中出现裂纹甚至发生破损而丧失服役能力,即为断裂失效a 结构设计不合理;b 模具选材与热处理不当;c机械加工冷辗模具过程中,要经过切削加工、磨削加工、电火花加工等不同工序,每一道工序的加工质量,均将对模具的寿命和失效形式产生较严重的影响第五章冷辗扩加工的工件精度,冷辗扩加工的尺寸精度与冷辗扩机本身的精度特别是直径控制精度有关，同时还与辗前毛坯的尺寸精度有关一般来说工件冷辗扩以后的公差与工件冷辗扩以前的公差大致相等，要保证辗扩以后的精度就必须保证冷辗扩前毛坯的精度。

一般冷辗扩加工的套圈内、外径公差在左右，圆度误差在,0.06 mm,以内一、套圈的加工精度,第五章冷辗扩加工的工件精度,对冷辗扩前工件的加工精度控制的综合指标应当是工件的体积重量保证冷辗扩前套圈的重量不超过允许的公差带就可以较为有效地保证冷辗后套圈的精度因此，我们公司在冷辗扩前、粗车加工以后增加一道重量分选工序，既精车车沟工序，保证冷辗毛坯重量的公差与毛坯重量之比为。