轴承套圈锻造工艺研究

王发

摘 要：轴承套圈的锻造是机械锻造中一个核心课题，文章对此展开论述，首先对轴承套圈锻造工艺现状进行简介，接着阐述轴承套圈锻造工艺的基本设计原则，在此基础上结合轴承套圈锻造工艺本身的特殊性，从建立产品及锻造工艺模型以及套圈锻造工艺的优化设计等方面进行深入的阐述。

关键词：轴承套圈；锻造工艺；优化设计

引言

轴承套圈的锻造是机械锻造中比较典型的一类加工。轴承套圈指的是环形且有着多个滚道结构的向心轴承。轴承在机械制造等领域的应用十分广泛。其在结构上的优势是装拆过程十分简易、轴向不会发生改变、且轴向的位置能够轻易被调整。轴承套圈结合具体的结构，也可以细分成不少类型，例如圆锥内圈与外圈、双滚道内外圈等等。在机械锻造领域，对于轴承套圈锻造工艺的经验总结和方法优化是一个核心课题，掌握好轴承套圈锻造的工艺，一方面能够降低加工的支出成本，另一方面也能够保证套圈产品的质量，具有比较好的理论价值和实践意义。

1 轴承套圈锻造工艺概述

轴承套圈是一种应用非常广泛的机械部件，一个轴承套圈锻件成品一般都要经过多道次的毛坯逐点逐步锻造变形而获得，其具体的制造可以细分成四个步骤：粗模的锻造、锻件的热处理、在电脑监控下进行精确磨削、标志的添加。文章关注的重点是其在锻造的时候所采用的工艺。在零件的锻造中，如果由于工艺的不完善而导致的过烧、过热等情况发生，便会显著影响到轴承本身的强度和质量。因此一定要在锻造过程的全程中严格实时控制锻造环境的温度、循环加热等参数，尤其是一些体积相对较大的轴承品种，如果成品的温度超过了七百摄氏度，严禁以堆积的方式进行码放。文章的阐述均以圆锥滚子轴承套圈为例。此类轴承的锻造大部分使用的是单挤工艺，尤其是对一些体积偏大的轴承而言，应把锻造原料进行加热，并通过挤压使其基本成形，然后通过切芯扩孔，进行外径和内径的调整，形成轴承。

2 轴承套圈锻造工艺原则

（1）重量守恒。指的是所有锻造的锻件在质量方面要完全相同。这个准则一方面应该考虑参与锻造的锻件在煅烧工序之后的材料损失，包括火耗、尺寸公差等因素，另一方面还应顾及参与锻造的锻件在工序中，由于温度的变化，导致锻件本身的大小受到影响，只有严格控制以上的因素，才能够作出隔阂的轴承套圈锻造产品。（2）减少缺陷。轴承套圈的锻造是一个相对复杂的工艺过程，绝非几项简单操作的集合，必须在各类参数严格控制之下才能产出成品，由于外界环境并非完全理想，因此所有的工序均能够存在一些扰动因素而导致缺陷的发生。缺陷的外在表现形式，有时是毛刺、凹坑，有时是圆角等，假若无法在具体的工艺中进行圆整操作，将会使各类缺陷最终反映在锻件成品上，导致锻件的质量发生重大缺陷。因此在具体操作的工艺中，要尽最大努力保证锻件的毛皮条件，并且锻造应有足够大的变形量，从而降低毛坯中缺陷的发生率。（3）同比例变形。一个合格的轴承套圈产品，需要经历多个锻造工序，在各类工序之中均会经历很多次变形过程，假若半成品的每一个部分在变形方面没能遵循比例，则会由于误差的叠加导致毛刺、凹坑、圆角等各类缺陷的产生，又由于在加工过程中的变形导致的短剑内部应力，最终很容易使其发生变形，成为不合格产品。

3 轴承套圈套锻造工艺及優化

对于轴承套圈的锻造，本身具备一些特殊之处。此处以内外圈双扩孔工艺作为案例进行探讨，其具体的步骤包括九项，分别是原料的准备、原料加热至适合温度、对原料进行套切、套切后的涨孔压平、对外圈进行扩孔、对内外径进行调整、轴承内圈成形、轴承切底以及轴承内圈扩孔。在这九项工序之中，尤以其中的套切工序最为重要。原因是此工序能够决定将来成品的内、外圈配重、扩孔比等重要参数，因此该工序基本上决定了最终成形的锻件的质量。而锻件扩孔比的选取则能够决定着单件生产时间，因此对批量生产产品的情况非常重要。

此外还有一个关键工序控制，就是压平量及扩孔比。原因在于：首先绕过所选择的扩孔比足够大，则避免毛坯锻件产生缺陷的能力就越高，锻件经过辗扩以后便会形成更为致密的内部组织，而因为被很多外部条件所制约，导致锻件的扩孔比是无法取太大数值的，而假若扩孔比不够大，则避免毛坯锻件缺陷的能力便会较低，这就对前道工序提出了更高的要求，使锻造流程的消耗上升，所以扩孔比在取值方面也不能过于低，结合作者的经验，在轴承套圈锻造的过程中，将扩孔比控制在1.5左右能够达到较好的效果。其次是对压平量的参数控制，如果此参数过大，则锻件在涨孔压平操作之后，其所形成的毛坯便会在表面出现一些外观缺陷，只有继续增加锻件的扩孔比，再能通过辗扩的工序尽量减少这些缺陷，如果此参数过小，则毛坯锻件表面的外观缺陷便会比较少，所以只需不大的扩孔比便可消除这些缺陷，而另一方面，结合笔者的实践经验，此参数的选取可控制在20%Cn左右。

以上所阐述的是传统的成熟锻造工艺，从传统工艺的典型步骤能够看出，如果要进一步增强锻造材料的利用率以及产品的质量合格率，最核心的步骤便是辗扩工序。当前较常使用的辗扩工序一般多为直圈辗扩方式。不少实践领域的技术人员和工程专家均在最新的研究中将原直圈辗扩升级成仿形辗扩，其工艺的优化来自两个方面，一是对套圈锻件的尺寸留量进行调节，二是对其形状进行调整，最终达到增加材料利用率的目的。而其中最为关键的轴承套圈辗扩工序，目前难以完全令人满意。随着技术的发展，不少专家学者和生产实践的一线人员均在探索轴承套圈锻造工艺的优化方法策略，并已经取得了值得引入的方法。文章重点阐述的优化方法是：下料、加热、镦粗、挤压、切底、辗扩、喷丸。锻造流程阐述如下：（1）轴承数据库的构建。此库中动态存储了轴承工艺参数信息，为锻造过程的实时控制提供支持。（2）轴承模型的构建。首先能够在轴承模型内通过具体的程序来验证数据库中信息的准确性，此外也能够通过轴承模型提供成品加工的模板。（3）构建轴承套圈优化模型。在优化模型中应该包含轴承套圈公差标准和尺寸等关键信息。在具体的设计过程只，仅需提供必要的轴承产品信息，便能够在工艺模型库中生成所需的工艺数据。

在具体的锻造过程中，应结合所述的优化工艺。结合23222CA的轴承内圈工艺标准进行锻造，需要注意的是，锻造流程的粗车工序，应该及时去除半成品滚道由于高温而产生的氧化薄层，从而确保刀具的精度。这一步骤能够以多种方式完成：例如可以通过仿形法去掉产品圆弧表面，也可以通过成型车刀等等。作者结合自身的实践经验，在实际操作的过程中采取了第二个方案，结果显示完全能够达到轴承套圈的技术标准，材料利用率可以在原来基础上平均提高3～4%。表1所示为测试结果。

表1 轴承套圈优化前后技术数据对比

4 结束语

在机械锻造领域，轴承套圈锻造工艺的研究一直是一个焦点，良好的锻造工艺能够保证工业资源的节约、减少制造成本。在实践中，有不少专家学者和技术领域的人才均在不断地摸索锻造工艺的优化方案，最终提高金属材料利用率，节约原材料，减少机械加工量，降低成本保证产品的质量。

参考文献

[1]谢懿.实用锻压技术手册[M].北京：机械工业出版社，2013.

[2]周大隽，韩鹏彪.锻压技术数据手册[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3]王荣桥，朱凯.UG零件设计教程（UnigraphicsV18.0）[M].北京：北京希望电子出版社，2012.