6320軸承外圈冷碾擴成形機理研究

6320軸承外圈冷碾擴成形機理研究,軸承,外圈,冷碾擴,成形,機理,研究,鉆研 ,軸承套圈冷輾擴加工技術(shù)原理與應(yīng)用簡介,浙江天馬軸承股份有限公司 車工技術(shù)員：吳 浩,第1章 冷輾擴技術(shù)的來由及背景,精密冷輾是從傳統(tǒng)熱輾擴發(fā)展而來的。至少在六、七十年之前，人們就產(chǎn)生了實現(xiàn)精輾的愿望，并先后做過試驗，但受到多種條件的制約。近20年以來，由于精密冷輾工藝方面的突破性進展和現(xiàn)代工業(yè)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、微機技術(shù)、材料技術(shù)等的飛速發(fā)展，為精密冷輾技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了條件，使其由試驗研究進入實用階段。 當前精密冷輾技術(shù)在世界范圍內(nèi)處于成長和上升時期。這一階段的主要標志是在應(yīng)用中提高、完善、發(fā)展，在發(fā)展中擴大應(yīng)用。,精密冷輾技術(shù)的成功應(yīng)用需要4個條件： A 先進而適用的冷輾環(huán)機。 B 質(zhì)量足夠高、供應(yīng)充足的模具及其制造技術(shù)。 C 冷輾用坯料的制備。 D 掌握冷輾技術(shù)的人員培訓。,我們期望，未來的精密冷輾技術(shù)的加工精度能達到粗磨加工的效果，冷輾環(huán)機像其他數(shù)控機床一樣穩(wěn)定、可靠、自動，冷輾加工的套圈具有質(zhì)量一致性、粗糙度低、公差小、生產(chǎn)時間短和材料損失少等優(yōu)點，而這些也正是我們天馬人努力的目標。,第1章 冷輾擴技術(shù)的來由及背景,第2章 軸承套圈冷輾擴加工技術(shù)的發(fā)展概況,在常溫下用軋制加工環(huán)形零件是軋制加工的又一種類型。近幾年來，我國軸承行業(yè)開始采用冷軋加工軸承套圈。它與冷軋絲杠或齒輪等零件的不同點在于軸承套圈毛坯在成形輥和芯輥之間經(jīng)冷軋后截面縮小而工件直徑擴大。為了區(qū)別于一般的螺栓和齒輪這類零件的冷軋加工，我們把軸承套圈這類環(huán)形零件的冷軋加工稱為冷輾擴加工，把用來進行冷輾擴加工的設(shè)備稱為冷輾擴機。,軸承套圈的冷輾擴工藝是上世紀80年代發(fā)展起來的新技術(shù)。最先采用這項技術(shù)的有德國、美國、日本和前蘇聯(lián)，在80年代末和90年代初開始受到我國軸承行業(yè)的重視，先后派員出國考察和洽談引進冷輾擴設(shè)備。 就在國內(nèi)軸承行業(yè)將進行一場轟轟烈烈的工藝革命的同時，天馬領(lǐng)導(dǎo)人高瞻遠矚，先后引進世界上最先進的由德國巴德杜本公司生產(chǎn)的冷輾機及技術(shù) ，率先將軸承環(huán)(套圈)精密冷輾擴成型工藝及設(shè)備用于中大型號套圈大批量生產(chǎn)中，經(jīng)過公司不斷地消化吸收，生產(chǎn)試制，現(xiàn)已成功地生產(chǎn)了幾十個品種，月產(chǎn)量50多萬套的大中型軸承套圈，技術(shù)、質(zhì)量明顯地上了個新臺階。,第2章 軸承套圈冷輾擴加工技術(shù)的發(fā)展概況,目前我們公司已經(jīng)擁有精密冷輾擴國內(nèi)最先進的技術(shù)，以及最先進的冷輾擴機（URWA120、URWA160、XS-100、XS-130、PCR-120）。,URWA系列,XS系列,第2章 軸承套圈冷輾擴加工技術(shù)的發(fā)展概況,冷輾擴的工作理是由一個主驅(qū)動的模具（滾輪）來成形外表面形狀以及一個從動的旋轉(zhuǎn)模具（芯棒）來成形內(nèi)表面形狀，他們由支撐輪將其擠壓成形，因此這種利用金屬材料的塑性變形來獲得所需的零件形狀和尺寸，沒有材料的切除，也沒有強烈的震動和噪聲，因而具有切屑加工所不可比擬的優(yōu)點。,第3章 冷輾擴加工的優(yōu)點,第3章 冷輾擴加工的優(yōu)點,1、提高材料利用率 利用冷輾擴加工能提高材料利用率，可以從以下兩方面來進行分析：,（1） 在軸承套圈磨加工前全部采用車加工，需要在一個與成品工件相同直徑（指平均直徑）的毛坯表面切除金屬余量。而采用冷輾擴加工時，只需在一個小于成品工件的毛坯表面切除金屬余量。,車加工與冷輾加工下料比較（鍛件毛坯）,第3章 冷輾擴加工的優(yōu)點,（2）由于冷輾擴加工是利用材料的塑性變形成形，工件原來要用車加工切除金屬來得到的溝槽和圓角等均可利用材料的塑性變形得到，因而減少了金屬材料的損耗。采用冷輾加工可節(jié)省鋼材；減少機械加工量。,第3章 冷輾擴加工的優(yōu)點,2、減少了加工工序 傳統(tǒng)的球軸承套圈車加工工藝為： 車內(nèi)徑、端面、倒角 車外徑、端面、倒角 平面無心 精車 車溝道 車裝配倒角 采用車-冷輾擴加工球軸承套圈的工藝為： 車內(nèi)徑與一端面、倒角 車外徑與另一端面、倒角 平面無心 冷輾擴加工 車-冷輾擴工藝不僅工序減少了，而且設(shè)備數(shù)量和占地面積也相應(yīng)減少，同時也節(jié)省了人力。,第3章 冷輾擴加工的優(yōu)點,3、提高了套圈的加工質(zhì)量 采用冷輾擴加工能提高套圈質(zhì)量主要表現(xiàn)在以下兩個方面：,第三章 冷輾擴加工的優(yōu)點,（1）經(jīng)過冷輾擴加工，使工件金屬材料內(nèi)部的晶粒按工件表面形狀延伸，而不象車削溝道那樣被切斷，同時也提高了材料的密度，使套圈表面的耐磨性和使用壽命大大提高，冷輾擴加工的套圈壽命一般至少提高50%，比一般車削加工的套圈高410倍。,冷輾與車加工套圈斷面的比較,第三章 冷輾擴加工的優(yōu)點,A冷輾后的流線： 流線不僅與溝道表面形狀一致，在表面上無斷頭，而且在溝道表面以下，超過1MM深度范圍內(nèi)特別致密，愈接近表面愈致密。 B原料中的夾雜物在冷輾后也明顯按流線取向。 C冷輾并熱處理后的晶粒度： 晶粒度一般比傳統(tǒng)加工提高2-4級，而且均勻性也大大提高。 D 冷輾并熱處理后的顯微組織： 經(jīng)冷輾，其碳化物細小而分布均勻、濃度起伏變化小。,(2) 由于冷輾擴加工是利用模具成形,使工件的圓角溝道等結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定。主要加工表面的尺度精度、粗糙度和形位公差能穩(wěn)定的達到甚至超過車加工水平，有利于后工序的加工。,第三章 冷輾擴加工的優(yōu)點,冷輾套圈的尺寸集中度要好于車加工,第三章 冷輾擴加工的優(yōu)點,4、生產(chǎn)效率高，勞動條件好 冷輾擴加工軸承套圈，生產(chǎn)效率比車加工高，操作也比車加工方便和安全，勞動強度也比較低。,第四章 軸承套圈冷輾擴設(shè)備與模具,目前，國內(nèi)軸承行業(yè)陸續(xù)從德國的巴德杜本公司和日本的共榮精工引進了一些冷輾擴冷輾擴機，德國的巴德杜本公司是研究開發(fā)軸承套圈冷輾擴設(shè)備較早的廠家，生產(chǎn)的冷輾擴機有立式的，也有臥式的，日本共榮精工生產(chǎn)的是臥式的。,立式是指成形輥、心棒和托 輥三者中心線位于同一個垂 直平面內(nèi)，而臥式是指三者 中心線位于同一水平面內(nèi)。,右圖為冷輾擴工作原理圖： 1工件 2 成形輥 3 測桿 4 心棒,第四章 軸承套圈冷輾擴設(shè)備與模具,天馬公司引進的是德國巴德杜本生產(chǎn)的URWA系列冷輾擴機，這種系列的冷輾擴機采用了圓度控制輥來保證工件的圓度，避免了由于材料不均勻等因素引起的圓度誤差。輾擴壓力隨輾壓時間而變化，對某種型號的套圈，計算機根據(jù)套圈的幾何尺寸及材料性能存儲其輾壓力隨時間變化的理論曲線，在輾壓的過程中，計算機根據(jù)輾壓是壓力的變化與理論曲線進行比較，然后進行控制，因此機床的加工精度比較高，機床的價格相對來說也較高。,隨著冷輾擴加工工藝的發(fā)展，我們公司先后又引進了國產(chǎn)的XS100、XS130等系列的冷輾擴機，PCR系列冷輾擴機也即將投入使用。,第四章 軸承套圈冷輾擴設(shè)備與模具,冷輾擴中使用的模具,芯輥,輾壓輪,第五章 冷輾擴加工的工件精度,冷輾擴加工的尺寸精度與冷輾擴機本身的精度（特別是直徑控制精度）有關(guān)，同時還與輾前毛坯的尺寸精度有關(guān)。,一般來說工件冷輾擴以后的公差與工件冷輾擴以前的公差大致相等，要保證輾擴以后的精度就必須保證冷輾擴前毛坯的精度。一般冷輾擴加工的套圈內(nèi)、外徑公差在0.05mm左右，圓度誤差在0.06 mm以內(nèi)。,第五章 冷輾擴加工的工件精度,對冷輾擴前工件的加工精度控制的綜合指標應(yīng)當是工件的體積（重量）。保證冷輾擴前套圈的重量不超過允許的公差帶就可以較為有效地保證冷輾后套圈的精度。因此，我們公司在冷輾擴前、粗車加工以后增加一道重量分選工序，既精車車溝工序，保證冷輾毛坯重量的公差與毛坯重量之比為1%左右，當然這個重量不是固定不變的，寬而壁厚較薄的毛坯允差較大，寬而厚的毛坯允差較小。,冷輾成品套圈的溝道及角半徑等結(jié)構(gòu)的尺寸精度和相對位置精度主要受模具（成形輥和心棒）成形部分尺寸精度的影響，因此模具加工的精度程度以及模具的磨損情況就是決定因素，模具正常磨損后重磨以后可以繼續(xù)使用。,第五章 冷輾擴加工的工件精度,冷輾擴套圈的表面粗糙度主要受模具表面粗糙度的影響，同時也與冷卻潤滑油的質(zhì)量和潔凈程度有關(guān)。套圈冷輾擴以后的表面粗糙度能達到Ra2.5m。,第六章 軸承套圈冷輾擴技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景,冷輾擴加工，按其工作原理應(yīng)該可以加工像軸承套圈這樣的環(huán)形零件，但實際上目前我國沒有幾家軸承廠能有這個實力加工軸承套圈，這是由于冷輾擴這種加工工藝在我國應(yīng)用較晚，是一種成型新工藝，因此無論是理論還是實踐上都還不是很完善，有些技術(shù)需求暫時還不能得到滿足。例如，對于小孔徑環(huán)件的輾擴還有些問題，這主要是受芯輥尺寸的限制，但是國外有些公司宣布可以用倒轉(zhuǎn)（inverted rolling）技術(shù)來解決小孔輾擴問題，并且大幅減少了沖孔時材料的浪費。,另外，理論上對于環(huán)型件幾何形狀變化規(guī)律一直沿用圓形假設(shè)，這是不符合實際變形的，因此不能真實模擬環(huán)形件變化規(guī)律。不過現(xiàn)在有人提出結(jié)合流體理論建立有限元模型可以更真實地反映變化規(guī)律（SPGM方法）。,第六章 軸承套圈冷輾擴技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景,目前在金屬環(huán)件冷輾擴塑性成型機理上還需要進行深入研究，即金屬環(huán)形件冷輾擴過程中的物理機理、冷輾擴塑性成型機理和冷輾擴模具損傷破壞機理；冷輾件中環(huán)件材料宏觀塑性變形與微觀組織性能、環(huán)件幾何精度與組織性能耦合作用規(guī)律；金屬環(huán)件冷輾擴成型工藝理論和設(shè)計方法。,第六章 軸承套圈冷輾擴技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景,對冷輾擴成型模具，目前還沒有完全清楚冷輾擴模具服役的工藝條件，無法建立軸承套圈冷輾擴模具設(shè)計、制造和使用的科學依據(jù)和技術(shù)規(guī)范，以至于模具特別是芯輥壽命一直處于較低水平，不過通過對模具的制造工藝和材料的改進，模具的使用壽命已經(jīng)有了很大的進步。,雖然還有這么多因素制約冷輾擴技術(shù)的發(fā)展，但是應(yīng)該相信隨著我國科技的不斷進步，天馬集團的飛速發(fā)展，在不久的將來我們公司乃至整個軸承行業(yè)冷輾將占據(jù)重要的位置。,第七章 結(jié)束語,謝謝觀看! 2007年9月22日,