探索轴承装备走向绿色发展的道路

王世保 皇甫兵 潘继超



探索轴承装备走向绿色发展的道路

王世保 皇甫兵 潘继超

（新乡日升数控轴承装备股份有限公司 河南新乡 453700）

“十二五”期间，我国机械工业的指导思想是高端、创新、基础、绿色。通过对磨削砂轮的改变和传统设备的改造，对轴承装备走绿色发展的道路进行了探索，介绍了轴承装备在高精、高效、环保节能、功能复合三个方面发展的探索及成果。

轴承 轴承装备 轴承座 球板

近年来，随着全球能源问题越来越突出，各行业都在倡导绿色环保、走可持续发展道路。机械制造作为传统的高能耗行业之一，在节能减排、减少单位产值能耗方面的压力日益凸显。据统计，目前我国滚动轴承产量达到200亿套的规模，产销量已位居世界第三，是名副其实的世界轴承生产大国。如果在轴承制造行业推出高精高效、节能环保的制造装备，对于加快我国建设环境友好、节约型社会，以及促进轴承制造业的产业升级都具有重大意义。

1 设备高精高效化的探索

高精度，在轴承制造装备上是最基本的要求，即能够胜任精度指标要求苛刻的轴承零件制造需求。在这方面，国内主要轴承装备制造商的产品，已经逐步缩小了与发达国家轴承装备的差距，目前已经能够满足包括外资企业在内的、多数轴承生产厂家的要求。在此所说的高精高效化，是在具备高精度的基础或前提下，提升轴承装备的生产效率。最终目的是在消耗同样资源的情况下，生产出更多的产品，是绿色发展理念的具体体现。主要表现为以下几点：

（1）采用新工艺，主要表现在CBN新型磨料的推广应用。首先是在轴承磨床上使用CBN新型磨料磨削。3MK203B磨床磨削6201型和6205型轴承内孔的试验情况见表1。

在6201型磨削中，CBN砂轮每天的耗费成本比普通砂轮成本多了43.65元，但是CBN砂轮的工作效率远远大于普通砂轮，8小时可以多生产832件工件，节省了很多更换砂轮和修整砂轮的时间，从而让人工可以更轻松的操作。在6205型的磨削中，CBN砂轮每天的耗费成本比普通砂轮成本只多了0.84元，但是CBN砂轮的工作效率却远远大于普通砂轮，8小时可以多生产302件工件。

表1 CBN砂轮与普通砂轮磨削轴承比较

实验证明，使用CBN砂轮无论是从效率还是成本上看，都是名符其实的高效、低成本，而且使用CBN砂轮，使得工件的精度更加稳定，外观（花纹）也有所改进，相比传统的刚玉砂轮，CBN砂轮更加适应于轴承磨削行业。CBN砂轮具有高速、高效、高加工质量、长寿命、低成本的特点，可作为数控轴承磨床高效、高精度磨削的首选。

（2）在钢球设备的光球、磨球球板上采用CBN超硬材料涂层。现有的光球、磨球工艺导致铸铁材料的球板即便是淬硬处理，耐磨性仍然较差，修磨、更换球板浪费大量的时间，使得生产效率大受影响。如何提高此类球板的使用寿命，是目前钢球制造行业所面临的难题。为此已经尝试在光球、磨球球板沟槽表面采用CBN涂层，大幅度提高其表面硬度，进而提升其球板的耐磨性，以期光球、磨球球板也能达到或接近研球球板的使用寿命。

（3）提高设备自动化程度，主要表现在开发自动化程度更高的细分专用装备、原有设备的自动化升级。如：开发QTK10数控轴承座球面孔镗床、XK9890数控圆台铣床、3ML4780D立式研球机增加自动卸球装置等。

QTK10数控轴承座球面孔镗床开创性的采用了集粗镗、精镗、挖槽于一体的多功能镗头，主要用于替代数控车床加工外球面轴承座孔（如图1、2所示）。相对于数控车床，该机床在提高效率方面的优势有：实现了自动化上下料、自动化供排料，自动化程度高，可一人操作多机。由于该类零件为非回转体且重心严重偏移，而镗削时采用刀具旋转加工工件方式，相对于车削时工件旋转加工工件方式来说，刀具旋转惯性和重心偏移更小，切削线速度有所提升，单刃切削量相同的情况下，加工周期更短，效率更高。

图1 数控轴承座球面孔镗床

图2 加工外球面轴承座孔

XK9890数控圆台铣床则是完全替代现有人工修磨球板到球口的工作，属于填补国内行业空白的专用机床。传统人工修磨的方式具有操作环境恶劣、对工人技艺要求高、几何精度可控性差等缺点。而采用该机床可以实现自动加工导球口、修磨球板端面等，不仅效率高于人工修磨，同时实现一机多能，加工精度也大大提高（如图3、4所示）。

图3 加工中的球板导球口

图4 加工完成的球板导球口

3ML4780D立式钢球研球机为满足用户自动卸球的需要、降低人工劳动强度、提高钢球加工的精度和效率，对输球导环结构改进，即通过料盘壳与料盘芯分离，料盘芯旋转，料盘壳不旋转，料盘壳开卸球缺口，实现自动卸球，该结构的成功使用，使得钢球制造突破传统、实现自动化生产成为可能，如图5所示。

图5 料盘自动卸球结构示意图

2 设备环保节能的探索

设备环保节能主要体现在减少环境的污染源，降低设备的能源消耗，采用环保材料等。

首先是立式钢球研球机电动加压代替液压缸加压。先前生产的立式钢球研球机采用液压加压，油液要根据寿命周期定期更换，油缸的密封圈存在油液泄漏的隐患，会影响钢球加工精度，同时漏油会污染研磨液，已经不能符合绿色环保的发展趋势。为此，新开发了3ML4780D立式钢球研球机，采用蜗轮蜗杆减速电机驱动丝杠加压解决了这些问题。由于采用了减速电机电动加压，不仅克服了使用液压系统带来的油品损耗、污染环境等问题，同时由于电机所带的蜗轮蜗杆减速器本身具有自锁功能，减速电机驱动丝杠加压后的保压阶段不需要持续通电，相对液压加压可节约电力消耗。

其次是非金属基础件的应用。目前国内的轴承磨床主要基础件均为灰铸铁材质，而国外高端磨床基础件通常采用天然或人造大理石（如图6所示），其优点主要在于：低温成型制作工艺，无残余应力，几何精度保持性良好，热稳定性强，热传导率为铸铁的1/25，短期环境温度的变化不会对机床磨削加工产生负面影响，从而保持稳定的加工精度，阻尼性能高，振动衰减能力是灰铸铁的10倍，有效减少机床共振的风险。在节能环保方面更胜一筹，人造大理石基础件制造取材环保、不需要像灰铸铁那样需要经过冶炼、浇注、热时效等高耗能生产环节。这是开发下一代高端轴承磨床发展的必经之路。

图6 采用人造大理石床身的磨床

3 设备功能复合化的探索

轴承装备功能复合化的目的是根据某些轴承制造工艺的需要，可以减少一次性设备类型、数量的投入，在生产过程中可最大限度优化设备产能配比、有效提升设备利用率，减少资源浪费。

首先是同工序类型的复合化。在这方面已经开发了轴承外滚道复合磨床、轴承内径复合磨床、角接触轴承沟道与斜坡复合磨床等磨削工序复合型轴承磨床。主要应用场合如下：

（1）在加工余量较大的轴承套圈时，多采用粗、精两次磨削的加工方式，传统的加工方法是采用两台机床进行加工，其中的一台进行粗磨，粗磨完毕再从一台机床搬运到另一台机床进行精密加工。传统加工方法的缺点：其一是在转换过程中，需要人工进行搬运，浪费了一定的人力资源；其二是零件从一台机床搬运到另一台机床再次进行加工时，由于是人工将工件放置到精加工机床料道内，加工工件的基准面有可能与粗加工基准面不一致，从而影响工件的加工精度。

轴承外滚道复合磨削技术和轴承内径复合磨床，主要是将粗、精两道加工工序放到一台机床上来进行加工。

（2）在加工角接触球轴承内、外套圈时，先加工斜坡，再加工沟道。由于在加工沟道及斜坡时，两道加工工序的尺寸差均不能达到有效的控制，工件的锁口高度也就得不到很好的控制。另外，沟道与斜坡交接处为棱角，很容易碰伤钢球，影响轴承的精度。采用角接触球轴承沟道与斜坡复合磨削技术将沟道与斜坡同时进行磨削。修整砂轮时，采用伺服电机驱动精密圆弧修整器，修出复合面，进行切入磨削。采用复合磨削，可以减少机床数量，减少操作工数量，节约资源。

复合磨削加工技术的实施，一方面大大减少了机床占用面积，节约了土地资源；另一方面，操作人员数量可以减少50%，节约人力资源效果十分突出。

（3）不同工序类型的复合化。开发的数控车磨加工中心，可在一次装夹中实现外圆、端面、内孔及沟道的高效、高精度的复合加工，满足三、四代汽车轮毂轴承内、外法兰等高精度轴套类零件的加工需求。该机床具有四个车刀位、四个磨头位，能够自动装夹、在线测量，技术融合度极高。该类机床由于工序集中、柔性较强，不仅可以减少设备投入量、也为小批量产品生产、转产提供了便捷，减少设备类型的投入。

4 结语

企业在轴承装备研发方面注重高精高效、节能环保及功能复合化，是适应当今社会和轴承行业的发展趋势。在这样背景下，涌现出了一些新型的轴承装备，尽管取得了一定的成效，也仅是刚迈开走向绿色发展道路的步伐，今后还有相当长的路要走。“千里之行，始于足下”，只要在这方面不懈努力，有轴承行业用户的大力支持，相信会取得不断的进步，对于加快我国建设环境友好、节约型社会，以及促进轴承制造业的产业升级发展具有重大意义。

[1] 王素保.CBN砂轮在轴承磨削行业的应用[C].轴承工艺装备研究与开发论文集,2014.

[2] 张海鹏,王世峰.关于国内轴承工艺装备研发和市场的思考[C].轴承工艺装备研究与开发论文集,2014.

[3] 李伯民,李青,赵波.磨料、磨具与磨削技术（平装）[M].化学工业出版社,2011,4.

[4] 陈建立.对采用矿物材料浇铸铣床床身的研究[J].机械制造与自动化,2012,04.