王明舟，李亞杰，左英

(浙江五洲新春集團(tuán)股份有限公司，浙江 新昌 312500)

1 國內(nèi)傳統(tǒng)的軸承套圈成形技術(shù)發(fā)展過程

套圈成形技術(shù)包括熱鍛、高速鍛、鋼管制坯、溫擠壓、冷輾、車加工等。隨著技術(shù)進(jìn)步，成形制造工藝有了長足的發(fā)展。

1.1 中小型軸承套圈毛坯成形技術(shù)的發(fā)展

20世紀(jì)80年代以前，小型軸承套圈毛坯成形普遍采用鋼棒打孔、切割、鋼板沖壓、熱鍛等幾種工藝[1]，中小型軸承套圈熱鍛成形以塔形擠壓，外圈鍛輾為主。80年代到90年代初，小型軸承套圈毛坯生產(chǎn)以冷擠壓為典型工藝代表，中小型軸承套圈普遍采用套鍛輾擴(kuò)工藝。90年代中期以后，鋼管制坯替代冷擠壓，成為小型軸承毛坯的制造主流；退火鋼棒切斷、打孔，內(nèi)、外圈切割分離工藝開始運用；此時的熱鍛工藝沒有大的改變。進(jìn)入21世紀(jì)后，高速鐓鍛被廣泛采用，冷輾技術(shù)已日趨成熟，出現(xiàn)了新的組合工藝，如高速鐓鍛+熱輾、高速鐓鍛+冷輾 、鋼管制坯+冷輾、熱鍛+冷輾等。新技術(shù)的采用使材料利用率大大提高，產(chǎn)品質(zhì)量也有了長足的進(jìn)步，使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)更加符合國家節(jié)材、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展要求。

1.2 車加工成形技術(shù)的發(fā)展

20世紀(jì)80年代以前，車加工普遍采用專用液壓車床，自動化程度與生產(chǎn)效率低，加工成本高。80年代初到90年代中期，中小型軸承套圈的車加工發(fā)展為以儀表車床(俗稱小臺車)為代表的新型車加工設(shè)備。儀表車床由于設(shè)備簡單、生產(chǎn)率較高(平均單工序班產(chǎn)5 000件左右)，工藝靈活，既適用于大批量生產(chǎn)，也適用于小批量、多品種加工，車加工成本大幅下降，產(chǎn)品質(zhì)量基本滿足用戶要求，迅速在浙江地區(qū)發(fā)展壯大。進(jìn)入21世紀(jì)后，由于用工成本上升，車加工自動化成為行業(yè)發(fā)展的必然選擇，隨著套圈專用數(shù)控車床、液壓車床成形刀具的突破，逐步發(fā)展為軸承套圈專用多工序數(shù)控車床連線和液壓自動連線車床，從而替代了儀表車床，也為高精密磨前產(chǎn)品的出口奠定了基礎(chǔ)。最近幾年，設(shè)備防錯裝置、在線檢測技術(shù)、一人管理多線等已在一些車加工能力強(qiáng)的地區(qū)逐步得到推廣應(yīng)用。

1.3 冷輾技術(shù)的發(fā)展

冷輾是將退火后的毛坯在室溫下輾擴(kuò)成形，半成品精度高，套圈制造工序的總耗能低，節(jié)材。輾壓后由于改善了滾道的金屬流線分布，并細(xì)化了淬火后晶粒，能顯著提高軸承的使用壽命。冷輾技術(shù)于國家“六五”期間開始立項研發(fā)，2001年通過國家鑒定。目前，冷輾技術(shù)已基本成熟，突破了模具壽命、設(shè)備穩(wěn)定性、進(jìn)給精度等一系列難題，因而冷輾質(zhì)量穩(wěn)定、可靠。可輾擴(kuò)最大外徑為220 mm，節(jié)材率達(dá)到15%～25%。目前冷輾分“粗輾”、“精輾”2種工藝，根據(jù)不同要求各有特點。

2 套圈成形工藝分析

由套圈成形技術(shù)的發(fā)展過程可以看出，新工藝的出現(xiàn)使毛坯質(zhì)量、車加工精度和加工效率等大大提高。下面對幾種典型的成形工藝進(jìn)行分析。

2.1 傳統(tǒng)成形工藝的現(xiàn)代化改造

套圈典型的傳統(tǒng)成形工藝路線如圖1所示。

圖1 套圈傳統(tǒng)成形工藝流程

傳統(tǒng)成形工藝材料利用率低，成本高，效率低，質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性差。如下料溫度可控性差，重量誤差大；壓力機(jī)連線主要靠人工操作，人為因素影響大，鍛件精度低；車加工沒有在線防錯技術(shù)，經(jīng)常發(fā)生漏加工；人工質(zhì)量檢驗的可靠性差，影響整個磨前產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，需要對傳統(tǒng)磨前成形工藝進(jìn)行現(xiàn)代化改造。

(1)棒料加熱。剪切下料采用溫剪工藝，剪切溫度為(600±20) ℃。優(yōu)點：可以提高料段的剪切質(zhì)量，避免料段端面變形、毛刺、馬蹄形的產(chǎn)生；保證鐓餅后料餅流線的對稱性，從而提高套圈鍛造流線的對稱性；同時也可避免因料段毛刺壓入而產(chǎn)生的裂紋。缺點：設(shè)備剪切力較大，相對于一火鍛即棒料熱剪切直接鍛造成形而言能耗偏大，溫剪切耗能約為150 kW·h/t。

(2)成形工序料段加熱。溫剪后所有料段都從室溫加熱到鍛造溫度，使料段加熱一致性得到控制，保證了最終鍛件品質(zhì)的一致性；溫度在線檢測，設(shè)有溫度報警系統(tǒng)，提高了加熱可靠性。

(3)多工位鍛壓成形與輾擴(kuò)。鍛壓成形采用多工位壓力機(jī)，工序間傳遞采用步進(jìn)梁或機(jī)械手，工模具更換采用模架快速更換技術(shù)。優(yōu)點：可以實現(xiàn)鍛造自動化，減少人為因素影響，生產(chǎn)效率、鍛件品質(zhì)大大提高；鍛造成形后與擴(kuò)孔機(jī)的連接采用機(jī)械手或機(jī)器人；擴(kuò)孔實現(xiàn)數(shù)控化，提高了輾擴(kuò)的尺寸精度和形位公差，減小了鍛件留量，節(jié)材，使鍛造加熱、成形、輾擴(kuò)實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。缺點：投資較大，關(guān)鍵點是步進(jìn)梁的可靠性及擴(kuò)孔機(jī)的數(shù)控改造。

(4)車加工成形。粗、精車各工序的連線，加工設(shè)備實現(xiàn)數(shù)字化、智能化。裝備結(jié)合裝夾防錯技術(shù)、在線漏加工檢測技術(shù)、溝位偏移在線檢測技術(shù)、視覺系統(tǒng)在線檢測技術(shù)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量可靠性，但投資成本相對較高。

2.2 套圈成形新工藝

2.2.1 鋼管制坯

20世紀(jì)90年代鋼管制坯工藝逐漸發(fā)展起來，主要用于中小型軸承套圈毛坯的制造，目前國、內(nèi)外已普遍采用。該工藝的優(yōu)點：鋼管尺寸精度高，可控制外徑尺寸散差<0.25 mm, 圓度<0.1 mm，壁厚差< 0.06×壁厚；由于留量減小，材料利用率提高，成本降低，生產(chǎn)效率提高，適用于大批量生產(chǎn)。缺點是軸承的壽命相對較低。因此，鋼管制坯軸承一般應(yīng)用于中、低使用要求的場合。目前先進(jìn)的鋼管制坯工藝路線如圖2所示。

圖2 鋼管制坯成形工藝流程

2.2.2 高速鍛

高速鍛的優(yōu)點：毛坯尺寸精度高，鍛件質(zhì)量可靠，生產(chǎn)效率高，每分鐘可加工120套以上，節(jié)材、節(jié)能，適用于大批量生產(chǎn)，是目前最先進(jìn)的毛坯制造工藝之一。缺點：不適應(yīng)小批量多品種生產(chǎn)，毛坯尺寸有一定限制。

2.2.3 冷輾

冷輾工件尺寸精度高(圓度<0.1 mm)，尺寸散差小，節(jié)材、節(jié)能。冷輾分精輾和粗輾。精輾的優(yōu)點：毛坯經(jīng)粗車后直接輾壓為圖紙要求尺寸，只需再車防塵槽，不需其他加工，保證了溝道金屬流線與溝道基本平行；缺點：冷輾后殘余應(yīng)力較大，熱處理后易變形、脹大。粗輾是將傳統(tǒng)熱鍛毛坯(端面需車削)、高速鍛坯或鋼管割坯(端面需軟磨，去毛刺)在室溫下輾壓得到精密毛坯件，其優(yōu)點：制造要求不高，輾后通過再結(jié)晶退火可消除殘余應(yīng)力；缺點：輾后還需車加工，延長了工藝流程，增加了生產(chǎn)成本，節(jié)材的成本優(yōu)勢被削弱；輾后車削加工使表面致密層被除去，良好的溝道金屬流線分布可能被破壞。

3 新的成形技術(shù)組合方案分析

隨著成形新工藝的不斷涌現(xiàn)，各工序可優(yōu)勢互補，優(yōu)化組合，從而形成新的成形技術(shù)解決方案。

3.1 傳統(tǒng)成形技術(shù)現(xiàn)代化改造方案

傳統(tǒng)成形技術(shù)的現(xiàn)代化改造后工藝路線為：長棒料中頻加熱→600 ℃溫剪切料→料段冷卻→料段加熱(1 120 ℃±20 ℃)→多工位自動鍛造壓力機(jī)成形→數(shù)控輾環(huán)機(jī)輾擴(kuò)→冷卻→保護(hù)氣氛退火→粗車自動連線(帶在線防錯技術(shù))→精車自動連線(帶在線防錯技術(shù))。

以6308軸承套圈為例，對傳統(tǒng)工藝與現(xiàn)代化改造后各項數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，見表1。

表1 6308軸承套圈現(xiàn)代化改造前、后的各項數(shù)據(jù)對比

3.2 高速鍛+冷輾成形組合方案

工藝路線為：長棒料中頻感應(yīng)加熱→高速鍛造→保護(hù)氣氛退火→冷輾→車加工。

高速鍛+冷輾成形組合方案利用高速鍛毛坯尺寸精度高的優(yōu)點，鍛坯滿足冷(粗)輾要求，通過冷輾，擴(kuò)大了高速鍛的使用范圍，同時消除了塔鍛擠壓時的環(huán)帶，節(jié)約材料。保護(hù)氣氛等溫退火，表面氧化脫碳減少；碳化物細(xì)小均勻，具有硬度優(yōu)勢，有利于提高冷輾模具的壽命。冷輾后鍛坯尺寸精度更高，為套圈外徑面、端面直接軟磨奠定了基礎(chǔ)，溝道金屬流線分布更加合理。

以63/28軸承(非標(biāo))套圈為例，對高速鍛+冷輾組合方案與傳統(tǒng)熱鍛工藝的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，見表2。

表2 63/28軸承套圈高速鍛+冷輾與傳統(tǒng)熱鍛的各項數(shù)據(jù)對比

3.3 專用鋼管+冷輾成形組合方案

工藝路線如圖3所示。

圖3 專用鋼管+冷輾成形組合方案的工藝流程

研發(fā)的專用冷輾鋼管，利用穿管余熱直接軋制成所需的冷輾管尺寸，然后進(jìn)行等溫球化退火，硬度為88～92 HRB，完全適合冷輾要求，避免了常規(guī)鋼管硬度偏高難于冷輾的問題。倒內(nèi)角工序主要是去除切割時產(chǎn)生的軸向毛刺，磨雙端面保證了坯料高度的一致性。再結(jié)合冷輾技術(shù)的優(yōu)勢，改善了溝道金屬流線，避免了鋼管挖溝金屬流線被切斷的現(xiàn)象，提高了鋼管制坯軸承的使用壽命，并使制造成本大幅下降。

以6312為例，對專用鋼管+冷輾成形技術(shù)組合方案與傳統(tǒng)熱鍛工藝的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，見表3。

表3 6312軸承專用鋼管+冷輾與傳統(tǒng)熱鍛的各項數(shù)據(jù)對比

3.4 現(xiàn)代化改造+冷輾組合方案

工藝路線為：多工位壓力機(jī)鍛造→退火→粗車端面→粗輾→再結(jié)晶退火→車加工。

該組合方案適用于外徑小于220 mm的中大型軸承，可以彌補鋼管制坯時的壁厚限制。其工藝特點為：采用多工位壓力機(jī)鍛造，自動化程度高，鍛件質(zhì)量一致性好；保護(hù)氣氛退火，氧化脫碳少，球化組織均勻細(xì)小，硬度(88～92 HRB)適合冷輾；冷輾設(shè)備采用伺服電動機(jī)，絲杠進(jìn)給，加工精度提高；再結(jié)晶退火減少了淬火變形；車加工采用自動化數(shù)控連線。

以6315軸承套圈為例，對現(xiàn)代化改造+冷輾組合方案與傳統(tǒng)熱鍛工藝的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，見表4。

表4 6315軸承套圈現(xiàn)代化改造+冷輾與傳統(tǒng)熱鍛的各項數(shù)據(jù)對比

4 結(jié)束語

以試驗為基礎(chǔ)，著重分析磨前軸承套圈成形工藝(包括套圈毛坯制造和車加工)的各種解決方案，這些方案節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保并在生產(chǎn)中獲得了實際應(yīng)用，取得了良好的效果。分析對比各工藝方案可以看出，傳統(tǒng)熱鍛成形技術(shù)現(xiàn)代化改造、高速鍛+冷輾、專用鋼管+冷輾以及現(xiàn)代化改造+冷輾等優(yōu)勢組合方案各有特點，優(yōu)于傳統(tǒng)熱鍛工藝。由于各工廠條件不同，客戶要求不同，可能會有更多的套圈成形技術(shù)組合方案，而實現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，最終目的是提高質(zhì)量、提高效率和降低成本。