軸承套圈鍛造工藝研究
2019.02.28
軸承套圈的鍛造是機械鍛造中一個核心課題，文章對此展開論述，首先對軸承套圈鍛造工藝現狀進行簡介，接著闡述軸承套圈鍛造工藝的基本設計原則，在此基礎上結合軸承套圈鍛造工藝本身的特殊性，從建立產品及鍛造工藝模型以及套圈鍛造工藝的優化設計等方面進行深入的闡述。
關鍵詞：軸承套圈；鍛造工藝；優化設計
引言
軸承套圈的鍛造是機械鍛造中比較典型的一類加工。軸承套圈指的是環形且有著多個滾道結構的向心軸承。軸承在機械制造等領域的應用十分廣泛。其在結構上的優勢是裝拆過程十分簡易、軸向不會發生改變、且軸向的位置能夠輕易被調整。軸承套圈結合具體的結構，也可以細分成不少類型，例如圓錐內圈與外圈、雙滾道內外圈等等。在機械鍛造領域，對于軸承套圈鍛造工藝的經驗總結和方法優化是一個核心課題，掌握好軸承套圈鍛造的工藝，一方面能夠降低加工的支出成本，另一方面也能夠保證套圈產品的質量，具有比較好的理論價值和實踐意義。
1 軸承套圈鍛造工藝概述
軸承套圈是一種應用非常廣泛的機械部件，一個軸承套圈鍛件成品一般都要經過多道次的毛坯逐點逐步鍛造變形而獲得，其具體的制造可以細分成四個步驟：粗模的鍛造、鍛件的熱處理、在電腦監控下進行精確磨削、標志的添加。文章關注的重點是其在鍛造的時候所采用的工藝。在零件的鍛造中，如果由于工藝的不完善而導致的過燒、過熱等情況發生，便會顯著影響到軸承本身的強度和質量。因此一定要在鍛造過程的全程中嚴格實時控制鍛造環境的溫度、循環加熱等參數，尤其是一些體積相對較大的軸承品種，如果成品的溫度超過了七百攝氏度，嚴禁以堆積的方式進行碼放。文章的闡述均以圓錐滾子軸承套圈為例。此類軸承的鍛造大部分使用的是單擠工藝，尤其是對一些體積偏大的軸承而言，應把鍛造原料進行加熱，并通過擠壓使其基本成形，然后通過切芯擴孔，進行外徑和內徑的調整，形成軸承。
2 軸承套圈鍛造工藝原則
（1）重量守恒。指的是所有鍛造的鍛件在質量方面要完全相同。這個準則一方面應該考慮參與鍛造的鍛件在煅燒工序之后的材料損失，包括火耗、尺寸公差等因素，另一方面還應顧及參與鍛造的鍛件在工序中，由于溫度的變化，導致鍛件本身的大小受到影響，只有嚴格控制以上的因素，才能夠作出隔閡的軸承套圈鍛造產品。（2）減少缺陷。軸承套圈的鍛造是一個相對復雜的工藝過程，絕非幾項簡單操作的集合，必須在各類參數嚴格控制之下才能產出成品，由于外界環境并非完全理想，因此所有的工序均能夠存在一些擾動因素而導致缺陷的發生。缺陷的外在表現形式，有時是毛刺、凹坑，有時是圓角等，假若無法在具體的工藝中進行圓整操作，將會使各類缺陷終反映在鍛件成品上，導致鍛件的質量發生重大缺陷。因此在具體操作的工藝中，要盡大努力保證鍛件的毛皮條件，并且鍛造應有足夠大的變形量，從而降低毛坯中缺陷的發生率。（3）同比例變形。一個合格的軸承套圈產品，需要經歷多個鍛造工序，在各類工序之中均會經歷很多次變形過程，假若半成品的每一個部分在變形方面沒能遵循比例，則會由于誤差的疊加導致毛刺、凹坑、圓角等各類缺陷的產生，又由于在加工過程中的變形導致的短劍內部應力，終很容易使其發生變形，成為不合格產品。
3 軸承套圈套鍛造工藝及優化
對于軸承套圈的鍛造，本身具備一些特殊之處。此處以內外圈雙擴孔工藝作為案例進行探討，其具體的步驟包括九項，分別是原料的準備、原料加熱至適合溫度、對原料進行套切、套切后的漲孔壓平、對外圈進行擴孔、對內外徑進行調整、軸承內圈成形、軸承切底以及軸承內圈擴孔。在這九項工序之中，尤以其中的套切工序為重要。原因是此工序能夠決定將來成品的內、外圈配重、擴孔比等重要參數，因此該工序基本上決定了終成形的鍛件的質量。而鍛件擴孔比的選取則能夠決定著單件生產時間，因此對批量生產產品的情況非常重要。
此外還有一個關鍵工序控制，就是壓平量及擴孔比。原因在于：首先繞過所選擇的擴孔比足夠大，則避免毛坯鍛件產生缺陷的能力就越高，鍛件經過輾擴以后便會形成更為致密的內部組織，而因為被很多外部條件所制約，導致鍛件的擴孔比是無法取太大數值的，而假若擴孔比不夠大，則避免毛坯鍛件缺陷的能力便會較低，這就對前道工序提出了更高的要求，使鍛造流程的消耗上升，所以擴孔比在取值方面也不能過于低，結合作者的經驗，在軸承套圈鍛造的過程中，將擴孔比控制在1.5左右能夠達到較好的效果。其次是對壓平量的參數控制，如果此參數過大，則鍛件在漲孔壓平操作之后，其所形成的毛坯便會在表面出現一些外觀缺陷，只有繼續增加鍛件的擴孔比，再能通過輾擴的工序盡量減少這些缺陷，如果此參數過小，則毛坯鍛件表面的外觀缺陷便會比較少，所以只需不大的擴孔比便可消除這些缺陷，而另一方面，結合筆者的實踐經驗，此參數的選取可控制在20%Cn左右。
以上所闡述的是傳統的成熟鍛造工藝，從傳統工藝的典型步驟能夠看出，如果要進一步增強鍛造材料的利用率以及產品的質量合格率，核心的步驟便是輾擴工序。當前較常使用的輾擴工序一般多為直圈輾擴方式。不少實踐領域的技術人員和工程專家均在新的研究中將原直圈輾擴升級成仿形輾擴，其工藝的優化來自兩個方面，一是對套圈鍛件的尺寸留量進行調節，二是對其形狀進行調整，終達到增加材料利用率的目的。而其中為關鍵的軸承套圈輾擴工序，目前難以完全令人滿意。隨著技術的發展，不少專家學者和生產實踐的一線人員均在探索軸承套圈鍛造工藝的優化方法策略，并已經取得了值得引入的方法。文章重點闡述的優化方法是：下料、加熱、鐓粗、擠壓、切底、輾擴、噴丸。鍛造流程闡述如下：（1）軸承數據庫的構建。此庫中動態存儲了軸承工藝參數信息，為鍛造過程的實時控制提供支持。（2）軸承模型的構建。首先能夠在軸承模型內通過具體的程序來驗證數據庫中信息的準確性，此外也能夠通過軸承模型提供成品加工的模板。（3）構建軸承套圈優化模型。在優化模型中應該包含軸承套圈公差標準和尺寸等關鍵信息。在具體的設計過程只，僅需提供必要的軸承產品信息，便能夠在工藝模型庫中生成所需的工藝數據。
在具體的鍛造過程中，應結合所述的優化工藝。結合23222CA的軸承內圈工藝標準進行鍛造，需要注意的是，鍛造流程的粗車工序，應該及時去除半成品滾道由于高溫而產生的氧化薄層，從而確保刀具的精度。這一步驟能夠以多種方式完成：例如可以通過仿形法去掉產品圓弧表面，也可以通過成型車刀等等。作者結合自身的實踐經驗，在實際操作的過程中采取了第二個方案，結果顯示完全能夠達到軸承套圈的技術標準，材料利用率可以在原來基礎上平均提高3～4%。表1所示為測試結果。
表1 軸承套圈優化前后技術數據對比
4 結束語
在機械鍛造領域，軸承套圈鍛造工藝的研究一直是一個焦點，良好的鍛造工藝能夠保證工業資源的節約、減少制造成本。在實踐中，有不少專家學者和技術領域的人才均在不斷地摸索鍛造工藝的優化方案，終提高金屬材料利用率，節約原材料，減少機械加工量，降低成本保證產品的質量。
