轴承先进锻造工艺及制造技术

郑力元

中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 江苏南京 2 1 1 1 0 6

轴承钢具有高而均匀的硬度和耐磨性、精度高、耐疲劳性强、高的弹性极限等优点，同时具备一定的韧性和较好的淬透性，才能满足轴承在机械工作中承受着极大的压力和摩擦力。轴承钢是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一，也是目前用量最大的。

1 轴承锻造技术分析

1.1 特点分析

锻造转型升级材料技术转型升级标准升级，由GB/T18254-2002升级到GB/T18254-2016，主要体现在以下几方面。

冶炼工艺：真空冶炼。增加了微量有害残余元素的控制：从5个增加到12个。关键指标氧、钛含量、单颗粒球状夹杂物控制方面接近或达到国际先进水平。均匀性明显改善：主要成分偏析明显改善控轧控冷工艺应用，控制轧钢温度及冷却方式，实现双细化（奥氏体晶粒、碳化物颗粒细化），改善碳化物网状级别。碳化物带状合格率明显提升：控制浇注过热度，增加轧制比，保证高温扩散退火时间。轴承钢质量一致性提高：实物冶金质量炉次合格率大幅度提升。

1.2 锻造自动化转型

1.2 .1高速锻造

自动加热、自动剪切，机械手自动传递，自动成形，自动冲孔、分离，实现快速锻打，最高速度可达180次/min，适用于大批量中小轴承、汽车零部件的锻造，高速锻工艺优势体现在以下几方面。

自动化程度高，生产效率高：以哈特贝尔AMP30S高速锻自动生产线为例：高速锻造平均班产约33000套，操作工3人；同样产品普通垂直锻造班产约8400套，员工10人，人均劳动生产效率提高13倍。锻件加工精度高，车加工余量少，原材料浪费少；锻件内部质量好，流线分布有利于增强冲击韧性和耐磨性，轴承寿命能提高一倍以上。头尾自动甩料，去除棒料探伤盲区、端头毛刺。与常规锻造比节能10%-15%，节约原材料10%-20%，水资源节约95%[1]。整个锻造过程在封闭状态下完成；生产过程易于控制，不容易产生水淬裂纹、混料和过烧现象。

无三废，环境整洁、噪声低于80dB；冷却水封闭循环使用，基本实现零排放。

采用热模锻设备，在同一台设备上完成压饼、成形、分离、冲孔等工序，工序之间传递采用步进梁，适用于中型轴承锻造，生产节拍10-15次/min。

1.2 .2精密锻造技术

精密锻造工艺的主要目的是实现锻件由“肥头大耳”向“近无余量”转变，依靠模具来保证零件结构的成形，大大减少切削加工量，提高材料利用率，降低生产成本，提高生产效率。通过固化工艺流程及成形工艺参数，可以有效保障产品批产的质量一致性和稳定性。从航天型号产品结构来看，适宜于发展等温精密锻造技术及精密轧制成形技术。

为了提高结构可靠性、降低重量，航天型号结构件朝着一体化、轻量化方向发展，对部分产品的成形工艺提出了新的要求。由于国内锻造装备的大型化、数控化已经发展到较高水平，以前不敢想或者很难实现的工艺可以开展相关工艺研究。但构件的大型化、轻质化对整体精确成形和组织性能精准调控带来巨大挑战，制造难点主要集中在精准调控合金的内部微观组织、全面提升宏观力学性能及精确控制尺寸精度方面。

1.2 .3数字化锻造技术

数字化制造是先进制造技术的核心，发展先进的锻造技术，实现精密化、一体化、柔性化发展，必须以数字化制造为基础。数字化制造将推动制造技术由经验制造向科学制造和可预测制造转变，通过产品、工艺过程和生产资源的建模仿真及集成优化，可实现产品与工艺设计结合的早期验证，不但可以虚拟构现产品的成形过程，还可以实现产品的微观组织及力学性能定制，因此可以提前发现问题并修正，避免返工和工期的延误。

2 轴承加工技术分析

轴承内孔表面是主要加工表面，在粗加工孔的直线性保证后，浮动镗削适合于加工此类尺寸精度要求高，表面粗糙度值要求比较小的孔，同时浮动镗削的加工效率比较高，对轴承套内孔的加工来说，浮动镗削加工是最好的选择[2]。轴承套内孔在镗削加工时，零件孔是竖直方向装夹，产生的切屑会很容易被冷却液冲出来，不会被挤压在刀具与零件表面之间，影响零件表面的粗糙度。同时在镗削过程中，镗刀的刀刃与零件表面接触，冷却液更容易将产生的热量降低，热烧伤现象就能避免出现。使用浮动镗刀进行孔的加工时，加工工艺依次为粗镗孔、半精镗孔和精镗孔三个步骤[3]。粗镗孔的主要任务是尽可能快地切除掉孔的多余材料，可使用YG6硬质合金材质的刀具，这种材料有较好的强度和冲击韧性。精镗作为其中一个主要的工序，精镗孔是对已经锻造或初步经过粗加工的孔进行加工，通过精镗的切削加工，使孔的直径尺寸达到孔的设计尺寸，提高孔表面的加工质量，对粗加工时孔轴线出现的直线度误差实现纠正。在精镗孔的时候选用的是整体式浮动镗刀，选用YG8硬质合金材质的切削刃，这种切削刃的材料耐磨性好，同时在加工过程中选用较小的背吃刀量和较小的进给速度，从而获得满足图纸要求的零件。

3 结语

锻造涉及材料种类繁多，锻造过程及模具存在主观和客观方面的复杂性、多样性，在材料技术、自动化技术、加热技术、控形控性技术、近净成形技术方面还有很多提升空间，尤其是近净成形数值模拟技术应用方面，还不是十分广泛，材料数据库中实际应用数据较少，模拟变形数据与实际还有一定差异，需对材料高温变形进行大量试验，以获取高温变形的实际数据，提高模拟仿真的准确性。随着锻造仿真模拟技术的研究，相信近净成形技术一定会广泛应用于少无切削的精密锻造领域。