浅谈滚动轴承的加工工艺

浅谈滚动轴承的加工工艺

摘要

随着汽车工业的发展和对汽车性能的要求提高，汽车轴承向着小型化、高速化、轻量化方向发展。近年来，为适应制造业的发展，我国轴承产业产品寿命和可靠性成为越来越突出的问题。本文以汽车滚动轴承为例，通过改善轴承的加工工艺路线以提高轴承的工作性能。关键词：滚动轴承；加工工艺；精度

引言

汽车行业是我国制造业重要支柱产业，在汽车的总体结构中，轴承发挥着重要的作用，如变速器、发动机、差速器、离合器等正常工作都离不开轴承，可以说只要有旋转的地方就有轴承。轴承有滚动轴承和滑动轴承，滚动轴承在汽车中应用较多，主要起承受载荷、高速运转、减小阻力、缓冲冲击等方面的作用，其性能对车辆安全有着重要的影响。

轴承的类型比较多，但整体上来说基本组成包括外圈、内圈、滚动体、保持架构成，除保持架以外，常用的材料为GCr15 和 GCr15SiMn 轴承钢。汽车轴承常见的失效形式有疲劳点蚀、旋转精度、疲劳寿命、磨损、断裂、振动噪声超标等。造成上述失效形式的因素较多，加工

工艺和热处理是原因之一。采用良好的加工工艺及先进的热处理可适当降低失效的发生，有效提高轴承的使用寿命。下面以球轴承为例介绍生产的工艺路线。

1.滚动体加工工艺

滚动体作为滚动轴承的关键零件，与内外圈有点接触和线接触，在轴承中起承载和传递载荷与运动的作用，滚动体的运动比较复杂。随着轴承在工业应用领域的广泛使用，轴承的性能向着高效化、精密化、长寿命、节能化等方向飞速发展，对轴承应用性能的要求越来越高，具体主要体现在：

（1）滚动体是内外圈传递力的环节，是轴承整体寿命的关键；（2）降低噪声是工业领域改革的方向，轴承也不例外，滚子轴承由于其结构和工作特点、即便有润滑，其噪声还是存在；

（3）对于滚动体全寿命周期质量提出了更高的要求。当滚动体为球轴承时，钢球外表面的任何位置都与内外圈滚道为点接触，承受及传递载荷，在工程上常常为变载荷，存在变应力。当工作接触面积小、接触应力大的情况下，工作时间越长，在钢球表面极易产生失效形式。为了改善上述状况，需要在工艺和热处理方面进行改进。

钢球滚动体的一般生产路线为：原材料采购 (入厂检验)→球坯冷镦成形→光磨→（软磨）→热处理→强化→硬磨→细研→金刚砂及石灰抛光。对于传统的加工方法存在一些问题：

（1）圆度差。抛光方法不能纠正细研工序的不圆度和表面波纹度，只能提高钢球表面的光洁度，采用这种工艺路线所得的几何精度偏低。

（2）直径尺寸相互差比较大，一般在 3 ～ 6 m 以上,所以抛光后的钢球都需要进行尺寸选别。

（3）表面质量不均匀。不仅同一批的各个钢球表面粗糙度有差别，有时差别还比较大，而且即使是同一个钢球，有时也会存在这样的问题。

我们知道抛光方法属于修饰加工，钢球在抛光过程中没有强制性的公转运动，也没有充分的自转条件，这就给抛光后的钢球产品带来了无法克服的缺点。针对这种问题，我们建议适当调整钢球的终加工来改善钢球的精度问题。

加工路线改为：原材料采购 (入厂检验)→球坯热镦成形→光磨→（软磨）→热处理→强化→粗研→细研→研光。也就是说：钢球在初步加工后需热处理去除加工应力，在热处理后因研磨效果较好，我们采用了以研代磨、以研代抛的方法改善加工精度。在条件具备时，为提高生产效率和产品精度，还可以在各研磨工序之间加入清洗机设备和提升运输装置等设备连成自动生产线，这样可以使尺寸精度、几何精度、热处理的氧化皮和脱炭层有较好的处理效果，同时能稳定热处理质量，优化生产品质。另外，研光处理在生产率和工人的劳动条件方面都比抛光好。

目前，国内已经形成了一整套的主力钢球加工工艺装备，包括

Z32，Z32G系列钢球冷镦机及高速冷镦机，3M49，3M79 系列光球机，3M46，3M76 系列磨球机，3M47，3M77系列研球机，保护气氛热处理炉，钢球表面强化机，基于毛刷清洗与基于高强度海绵旋转挤压清洗的清洗机等；检测设备主要有基于视觉系统的钢球表面质量外观检查仪，基于涡流探伤原理附带光学、振动通道的涡流光电外观检查仪。

2.轴承外圈加工工艺

轴承外圈的结构特点为壁薄，在工作过程中主要承受和传递载荷，为了提高轴承的使用寿命，加强轴承外圈表面硬度和耐磨性，我们对轴承表面采取表面渗碳处理。但在热处理时也会造成薄璧件发生变形，影响轴承形状精度。

轴承外圈一般的加工方法为：原材料（轴承钢棒料）下料→锻造（热锻或高速锻）→球化退火→超细化处理→粗车内外径、端面、倒角→渗碳→细车内外径、端面、倒角→钻铣凸缘→铣轴向槽→淬火→磨加工。

采用上述工艺过程，由于外圈壁薄，且壁厚不一致，热处理后发生严重变形，滚道位置度、滚道圆度等技术指标超差，且变形量没有规律，导致生产的轴承精度较低。

通过上述分析，笔者认为，可以将变形量较大部位以及重要表面的加工移至热处理工序之后进行，可将上述加工方案改为：原材料（轴

承钢棒料）下料→锻造（热锻或高速锻）→球化退火→超细化处理→粗车加工→精车加工→强化热处

理→抛丸→双端面粗磨→无心磨粗磨→粗磨内沟→补充回火→冷处理→双端面精磨→无心磨精磨→精磨内沟→精研内沟→零件终验→打标识、零件清洗承外圈。轴承内圈的加工与此类似。

2.轴承滚动体的超精密加工技术研究现状

滚动体在轴承工作过程中直接承受载荷并与轴承的动态性能直接相关。滚动体的加工工艺需满足精度要求，同时具有高寿命、低噪声、小摩擦力和高可靠性。

2.1轴承球的加工

钢球的加工工艺相对成熟，但对于高性能轴承，传统钢制滚动体的性能难以完全满足要求。陶瓷滚动体的出现在许多方面提高了滚动轴承的性能：热压氮化硅陶瓷滚动体最早应用于航空航天等领域，至20世纪90年代，氮化硅、氧化铝、氧化锆等陶瓷滚动体逐渐商业化，应用于高速主轴、医疗以及高温、深冷、易燃、强腐蚀、真空、电绝缘、干摩擦等特殊工况下的特种轴承。

2.2轴承滚子的加工

滚子与套圈滚道之间为线接触，具有承受高负荷的能力，其形状精度、表面质量及一致性直接决定了轴承的运动精度和使用寿命。目前贯穿式无心外圆磨削是滚子大批量生产过程中的主要技术手段。贯