轴承套圈冷辗扩加工技术

削加工工件的 4～ 10 倍。
统比较复杂, 故机床的价格也较高。
2) 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。 位置精度提高, 有利于后
日本共荣精工生产的 CR F 系列冷辗扩机在控 制方面比较简单, 没有圆度控制辊, 冷辗机上设有整
续工序的加工, 减少了加工的废品率。冷辗扩加工这 径工位, 工件经过冷辗扩以后再通过整径来提高圆
总之, 冷辗扩件可达到粗磨工件水平。表 1 为冷 辗扩轴承套圈和车加工轴承套圈部分主要精度指标
对比情况。
表 1 冷辗扩和车加工轴承套圈主要精度指标对比情况
加工方法
车削 冷辗扩
粗糙度 直径 沟曲率 沟 道 R a (Λm ) 变动量 半径公差 圆 度
可达 1. 6 0. 06 ±0. 03 25Λm 可达 0. 5 0. 02 ±0. 003 4. 5Λm
源自文库
(见图 2)。工件置于成形辊和心棒的成形面之间。成
对冷辗扩前工件加工精度控制的综合指标应当
形辊和心棒一边旋转 (心棒被动旋转) , 一边进给 (靠 是工件的重量。 保证冷辗扩前工件的重量不超过允
近) , 使工件截面缩小并成形, 工件直径扩大, 工件体 许的公差带就可以较为有效地保证冷辗后工件的尺
积基本不变。 测杆用来控制工件直径。 当工件直径 寸精度。 因此, 有的用户在冷辗扩前, 车加工以后增
参考文献
1. 张通林. 轴承套圈冷辗扩技术的应用. 轴承. 1993, 121 2. 黎升祥. 发展中的冷辗扩加工技术. 轴承. 1997, 7 3. 周福章主编. 滚动轴承制造工艺学, 西北工业大学出版社, 1993, 12 4. BAD DU B EN 公司样本及冷辗扩轴承套圈图样 5. 赵传国. 滚动轴承失效分析概论, 轴承, 1996, 1 6. 梁华. 轴承套圈冷辗轮失效分析, 轴承, 1998, 3 7. S A Dom an ti DL S M cE lw a in. Co ld ro lling of fla t m eta l p roducts: con tribu tion of m a them a tica l m odeling. Jou rna l of Eng ineering m anufactu re, 1998, 3,V o l 212
和加工精度等与日本的 CR F 70 和 CR F 120 相同。
冷辗扩加工的工件精度
轴承套圈冷辗扩设备
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) 和辗前毛坯的尺寸精度有
我国轴承行业从德国的巴德杜比本公司和日 关, 更严格地说辗扩件的尺寸精度与辗前工件的体
本的共荣精工陆续引进了一些冷辗扩机, 德国的巴 积有着直接关系。因为在冷辗扩加工过程中, 工件体
提高了材料的密度, 使工件表面的耐磨性、使用寿命 算机根据辗压时压力的变化与理论曲线进行比较,
大大提高。据德国巴德杜本 (B ad D uben ) 公司介绍, 冷辗扩加工的套圈寿命至少提高 50% , 一般达到车
然后进行控制。如果辗压过程出现错误, 计算机可以 反映出来, 机床的加工精度比较高。但由于其控制系
! 热加工技术#
轴承套圈冷辗扩加工技术
宁波高等专科学校 (315010) 赵伟敏
【摘要】冷辗扩是一种适用于旋转体的先进加工工艺, 详细地探讨了冷辗扩加工的关键问题及 发展方向。
关键词 轴承套圈 冷辗扩 工艺 装备
轴承套圈的冷辗扩加工工艺是 20 世纪 80 年代 烈的振动和噪声, 因而具有切削加工所无可比拟的
车2冷辗扩工艺不仅减少了工序, 而且设备数量 和占地面积也相应减少, 同时也节省了人力。
3. 提高工件的加工质量
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德杜本公司是研究开发轴承套圈冷辗扩设备较早的 积是基本不变的。
厂家, 生产的冷辗机有立式, 也有卧式, 日本共荣精
一般来说工件冷辗扩以后的公差与工件冷辗扩
工生产的是卧式。立式布置有利于上、下料和减少占 以前的公差大致相等, 要保证冷辗扩以后的精度就
地面积。不论是立式还是卧式, 其工作原理基本相同 必须保证冷辗扩前工件的精度。
一优点在双沟球轴承的加工中显得更加突出, 因为 度。 它加工工件的圆度虽不及德国巴德杜本公司的
双沟球轴承套圈上 2 个沟之间相互位置精度对环沟 轴承的使用特性具有决定性的影响, 所以必须给予
W RW A 系列冷辗扩机, 但由于控制简单, 价格较 低, 因而受到我国较多用户的欢迎。
保证。在车加工中一般是 2 个沟分开加工, 需要 2 次
随着冷辗扩加工工艺的推广, 我国在冷辗扩设
定位, 而冷辗扩加工是 1 次定位, 两沟之间的相互位 备方面也在积极开发。 洛阳轴承研究所已进行多年
置精度完全由心轴决定, 而心轴的精度可以加工得 很高。
研究试验, 制造了 D 55M 250 和 D 55M 290 型冷辗扩 机, 已开始用于生产, 并在不断改进中。 由原机械部
平均直径为 d 的毛坯, 则其在车削加工中从内、外
径所切除的金属体积为V 2= 2ΠdH ∆。故采用冷辗扩
加工比采用传统的车加工少切除金属V = V 1- V 2=
图 1 车2冷辗扩生产线示意图
株州轴承厂、重庆长江轴承有限公司、新昌轴承 厂、浑江轴承厂和瓦房店轴承厂等先后从日本和德 国引进轴承套冷辗扩机达 20 多台。这些引进设备有 的已在生产中发挥了重要作用, 产生了显著的经济 效益, 有的则因某些原因未能正常投入生产。但不管 使用情况怎样, 人们已经认识到轴承套圈的冷辗扩 加工工艺有着与传统的车削加工工艺无可比拟的某 些优点。对于某些产品, 只有使用冷辗扩加工才能有 效地保证其加工质量, 产品才会得到用户的信赖。在 技术改造中, 准备采用冷辗扩加工工艺的轴承厂越 来越多, 这充分显示了冷辗扩加工这项新技术在我 国发展的必然趋势。
道的相互位置精度, 极大地提高了密封槽轴承的防 尘、防漏能力。
冷辗扩加工技术的发展前景
冷辗扩加工, 按其工作原理应该可以加工与轴 承套圈类似的所有环状零件, 目前我国仅仅有少数 轴承厂用来加工部分球轴承套圈。 由于冷辗扩这种 加工工艺在我国应用较晚, 人们对它的认识还比较 少, 特别是过去国内没有成熟的冷辗扩加工设备, 进 口冷辗扩机价格太贵, 这是影响这项技术进一步推 广应用的主要原因。冷辗扩需要模具成形, 对于批量 较小的产品, 由于增加了较多的模具费用而显得不 经济。 冷辗扩的加工范围和模具的使用寿命也是影 响应用的重要原因。要使冷辗扩工艺进一步推广, 必 须价格便宜而性能可满足用户要求的设备, 要向用 户提供工艺和模具方面的服务, 提高模具的使用寿 命和降低模具的成本。 同时还要重视冷辗扩加工工 艺, 解决与冷辗扩配套的毛坯的精化和适合的管材 等等。笔者认为, 国内应加强组织包括计算机、材料、 机械、热处理、模具、化工等多学科产学研联合攻关; 加强冷辗扩过程的计算机仿真、金属材料流变特性、 摩擦、磨损及润滑特性的研究; 加强心轴及模具强 度、刚度、耐磨性的研究; 加强冷辗扩与轴承套圈其 他加工工序的关联性研究。总而言之, 随着人们对冷 辗扩加工的不断认识并在应用中不断积累经验, 冷 辗扩技术的应用范围将会不断扩大。
3) 表面粗糙值较小。通过冷辗扩加工的工件一 第十设计研究所负责, 中山轴承厂、青岛轴承厂和青
般较辗前工件的表面粗糙值有明显的降低。 4) 生产效率高, 劳动条件好。
岛生建机械厂参加, 联合开发的 LN KP 和 LN K120 型冷辗扩机, 正在青岛生建机械厂制造。其结构形式
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, 而噪声和油雾都比车加 工少。
位置精度主要受模具 (成形辊和心棒) 成形部分尺寸
效率, 辗压前的空行程采用
精度的影响, 因此模具加工的精密程度以及模具的
快速进给。
图 2 冷辗扩工作原理图
德国巴德杜本生产的
磨损情况就是决定因素。 模具正常磨损后可以重磨 后继续使用。
U RW A 系列冷辗扩机采用圆度控制辊来保证工件
冷辗扩工件的表面粗糙度主要受模具表面粗糙
内外径 及公差
±0. 08 ±0. 05
冷辗扩加工比车加工高的加工精度, 对轴承套 圈的后继加工磨削和超精加工非常有利。
1. 为磨削、超精加工提供了良好的定位基准, 这是获得高的产品最终加工精度的有力保证。
2. 高的辗扩精度意味着小的磨削余量, 而小的 磨削余量对提高磨削效率, 减少磨削烧伤具有至关 重要的作用。
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度的影响, 同时也与冷却润滑油 (液) 的质量和洁净 程度有关。因此应重视对冷却油 (液) 的选择和过滤。
发展起来的新技术。最先采用这项技术的有德国、美 优点。
国、日本和前苏联。 在 80 年代末开始受到我国轴承
1. 提高材料利用率
行业的重视, 先后派人员出国考察和洽谈, 引进冷辗
冷辗扩加工能提高材料利用率, 主要有两个方
扩设备。 1991 年初, 广东省中山市轴承总厂首家引 进了日本的轴承套圈车2冷辗扩成套自动线。 内、外 套圈车2冷辗扩自动线各有上料机 1 台, 车床 2 台, 重量分选机 1 台和冷辗扩机 1 台。 全线平面图如图 1 所示。
冷辗扩加工提高工件质量主要表现在以下 3 个 的圆度, 以避免由于材料不均匀等因素引起的圆度
方面:
误差。 辗扩压力随辗压时间而变化。 对某种型号的
1) 经过冷辗扩加工, 使工件金属材料内部组织 套圈, 计算机根据套圈的几何尺寸及材料性能存贮
连接工件表面形成延伸, 而不像车沟道那样被切断, 其辗压力随时间变化的理论曲线。在辗压过程中, 计
在车加工中, 沟道和密封槽只能分开车削, 加工 效率低。一般轴承为双面密封, 一只套圈上两侧均有 密封槽, 而且密封槽与沟道的位置精度无法保证, 但 这个位置精度又对轴承的密封效果 (温升、防油脂泄 漏、防尘) 影响较大。而冷辗扩工艺, 沟道和双侧密封 槽是一次辗压成形, 不但 2 个密封槽相互之间的位 置精度能得以保证, 而且也保证了 2 个密封槽和沟
2. 减少加工工序 传统的球轴承套圈车加工工艺为: 车内径、端面, 倒角→车外径、车另一端面, 倒角 →车一面装配圆角→车另一面装配圆角→车沟。 采用车2冷辗扩加工球轴承套圈的工艺为: 车内径、端面、倒角→车外径、车另一端面, 倒角 →冷辗扩加工。
冷辗扩加工是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
3. 高的辗扩精度意味着好的毛坯精度一致性, 可减少无心磨削中的毛坯误差复映, 这为轴承套圈 自动化联线生产保证精度提供了可能性。
密封槽等结构的冷辗扩
随着轴承使用环境越来越苛刻, 密封轴承的产 量迅速增长, 除油润滑场合外, 其他场合均使用密封 轴承。密封轴承套圈上带有密封槽, 由于密封槽的形 状还是比较复杂的, 在车加工中, 在密封槽一些过渡 处容易形成尖角, 导致应力集中。 淬、回火后变得很 脆, 容易形成淬火裂纹和后续加工的碰划伤, 一旦碰 伤掉块 (有一小块材料脱离轴承套圈) , 该只套圈只 能报废。 采用冷辗扩工艺辗压出的密封槽各部位过 渡完好, 不会出现上述情况。
面的原因: 1) 在轴承套圈磨加工前坯料内、外径加工余量
同为 ∆, 全部采用车加工, 需要在一个与成品工件直 径 D (指平均直径) 相同的毛坯表面切除金属体积为 V 1= 2ΠD H ∆(H 为工件宽度) , 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。 如果冷辗扩加工前的工件直径是一个较小的
冷辗扩加工的优点
2ΠH ∆(D - d )。 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。对于单沟球轴承套圈而言, 由此节约的 材料大约相当于成品工件的 10%～ 15%。总共节约 材料多少, 与锻件的余量大小有关。 锻件精度越高, 切削余量越小, 材料利用率越高。
达到设定值时, 成形辊与心棒分开, 辗扩停止。
加一道重量分选工序, 剔除不合格工件。工件重量的
托辊用来支撑 心 棒, 承
公差与工件重量之比随工件的宽度和壁厚而变化,
受 心 棒 绝 大 部 分 的 径 向 力,
其比值一般为 1% 左右。
辗压进给的速度和压力由液
工件的沟道及角半径等结构的尺寸精度和相对
压系统控制。 为了提高生产