第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1、FAG軸承與INA合作研發(fā)新一代E1球面滾子軸承

FAG軸承公司又制定了新一代的球面滾子軸承標準－E1。新標準下的軸承性能更佳，能耗更低，運行穩(wěn)定性更好。新軸承在負載能力上比原先產(chǎn)品提高了17%，這樣軸承壽命可以延長到原先標準的1.7倍，更重要的是性能提升的同時產(chǎn)品的性價比同樣得到了提升。

可以在性能上獲得如此的提高全靠近期在軸承運動學、材料學和制作流程上一些重要突破。表現(xiàn)極佳的E系列設計（E系列設計指去除了軸承內(nèi)圈上的中心槽（centerlip），這樣可以放入更多高負載力的圓柱滾子），F(xiàn)AG的設計師從幾何學的角度對軸承和滾子所作的特別優(yōu)化。動態(tài)負載率的提高使軸承可以承受更大的負載。所有這些提高使得新一代軸承的性價比更高?，F(xiàn)在顧客選擇的余地很大，既可以選用原尺寸高性能的產(chǎn)品，也可以選擇小尺寸但性能和上一代產(chǎn)品相同的E1系列軸承。總之，E1系列軸承與上一代產(chǎn)品相比具有更高的效率。據(jù)說，E1的下一代產(chǎn)品將會帶給用戶更高的性價比。

高性能和長壽命是FAG和INA所創(chuàng)造的X-Life理念的核心內(nèi)容。所有新一代軸承出場前都要經(jīng)過嚴格的各項指數(shù)評測，只有合格產(chǎn)品才能流入市場。

E1系列球面滾子軸承型號齊全，從20mm內(nèi)徑到320mm外徑總共有8個系列。這使得E1能勝任高速或高負載等各種工作。而且E1還分圓柱和圓錐結(jié)構(gòu)，使它的適用性更強。

2、瑞典SKF突破球面滾子軸承技術(shù)難點

SKF新近研制的Explorer球面滾子軸承更加增強了其霸主地位。

Explorer球面滾子軸承的使用壽命與標準的相同尺寸的球面滾子軸承相比提高了300％，且能夠承受高于25％以上的扭矩負荷。Ex－plorer軸承在較低的溫度下運轉(zhuǎn)得更快，噪音更小，振動更小，并且耐受污染。這些性能的變化不僅僅是結(jié)構(gòu)的改變，而是減小宏觀和微觀狀態(tài)下應力集中和對接觸表面間的油膜厚度進行優(yōu)化的結(jié)果。開發(fā)Explorer軸承的過程中，SKF的科學家對鋼的晶粒微組織結(jié)構(gòu)進行了 研究 ，將氧含量降至最低，從而制造潔凈、均勻結(jié)構(gòu)的鋼。開發(fā)工程師和應用工程師通力配合確保每個軸承零件都合格，從而最大限度地發(fā)揮潤滑效果，減小摩擦和磨損。

Explorer球面滾子軸承結(jié)構(gòu)最顯著的特點是有一個浮動導環(huán)、對稱的自引導滾子（在滾子長度周圍提供均勻的負荷分布）、特殊的滾子輪廓（能將邊緣應力降為最?。⒔Y(jié)實的金屬保持架（可承受高溫）和潤滑劑。外圈上有一個環(huán)形油溝和三個進油孔。由于Explorer軸承增加了單位容量，軸承的壽命更長，可靠性更高。Explorer球面滾子軸承的開發(fā)成功為機床設計“小尺寸”或“大功率”戰(zhàn)略目標開辟了道路。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點或流程

球面滾子工作面為球形，有較高的尺寸精度和表面質(zhì)量要求。當球面滾子的有效直徑大于20mm時，一般采用棒料直接車削成形。這是因為冷變形時軸承鋼的塑性差，變形抗力急劇增加，模具材料的強度也難以承受模具的單位載荷；而熱鍛成形雖然變形力小，但是熱鍛件的尺寸精度和表面粗糙度不能滿足后續(xù)加工的要求，無法直接進行磨削。另外，熱鍛后的退火加劇了脫碳程度和材料消耗。因此，切削成形成為國內(nèi)生產(chǎn)直徑20mm以上球面滾子的普遍加工方法。

1、切削成形工藝的特點

車削成形主要是采用仿形車床切削球面滾子的球形工作面。為了保證原材料的脫碳層和表面缺陷不致影響零件的表面質(zhì)量和內(nèi)部組織，車制件的外徑應小于棒料直徑1-2mm。一般情況下，標準的圓棒料直徑很難與零件的直徑相匹配，車削前還要對原材料進行拉拔，增大了加工費用。若直接采用標準直徑的棒料進行車削，則棒料直徑要大于零件名義直徑2-4mm，再加上零件間的切縫不小于5mm，因此，切削工藝的材料利用率僅為50%-60%。此外車削工藝生產(chǎn)效率較低，數(shù)臺車床連線班產(chǎn)也僅近千件。

軋制圓棒料的金屬流線沿棒料軸線連續(xù)分布，球面切削成形后，使平行于軸線的金屬流線被切斷，在高載荷的交變應力作用下，極易在其工作表面引起疲勞剝落。

2、塑性成形工藝及特點

塑性成形工藝是通過轉(zhuǎn)移金屬體積來成形零件，其材料利用率大大高于切削成形，就球面滾子而言，單件平均材料利用率可提高25%-30%。

塑性成形可分為熱鍛、冷擠壓和溫鍛。由于中大型球面滾子的尺寸較大，軸承鋼材料的強度和硬度高，塑性較差，冷變形抗力非常大，對壓力機和模具提出了更高的要求。如直徑大于35mm的球面滾動體，采用4000kN曲柄壓力機冷擠成形，模具壽命短，早期失效是模具報廢的主要原因。

熱鍛時，材料的強度下降，塑性明顯提高，有利于成形。但是1050-1100℃的始鍛溫度會在鍛件表面生成較厚的氧化皮，并伴有不同程度的脫碳層，鍛件的加工余量和鍛造公差較大。而且鍛后還必須進行球化退火，增加了能耗，也不利于精化鍛件，給后面的車削加工帶來了困難。若直接進行磨削，無論磨料消耗還是工時消耗等方面都是不經(jīng)濟的。

軸承鋼的溫鍛溫度通常是接近相變溫度，此時金屬材料塑性好，變形抗力低和氧化燒損少。其成形力僅為冷擠壓的3/1-2/1，成形精度接近冷擠壓，而且鍛后無需進行退火。

根據(jù)球面滾子尺寸不同，使用的原材料主要為GCr15或GCr15SiMn鋼，這兩種材料均為高碳高合金鋼，屬過共析鋼。溫鍛成形溫度一般取700℃或700℃以下，這樣可以避免800℃以上時金屬發(fā)生劇烈的氧化，加熱后鍛件表面僅生成極微小的氧化膜。同時，因加熱溫度沒有達到材料的相變溫度，鍛后仍然可得到原材料的球狀珠光體組織，并且球狀珠光體晶粒細化、分布均勻，為熱處理淬火做了較好的組織準備。

球面滾子溫鍛成形有半模膛成形和模膛成形兩種成形方法。所謂的半模膛成形工藝過程為：加熱后的坯料鐓粗后，在半敞開式的模膛內(nèi)成形，利用成形時的鐓粗效應形成的自然鼓形（近似于球面）作為球面滾子的工作部分。其優(yōu)點是成形力低，對模具的精度要求不高，沒有飛邊。但缺點是成形的尺寸精度不高，球面滾子鍛件的形狀與零件的形狀相差較大，材料利用率提高有限，并且后續(xù)的機械加工量明顯增加。

模膛內(nèi)成形的工藝過程為：坯料潤滑處理后，經(jīng)中頻感應加熱爐加熱，閉式預成形，然后在終鍛模膛內(nèi)成形。整個鍛件均在由凸模和凹模組成的模膛內(nèi)成形，僅在鍛件的最大直徑處留有少量的飛邊。鍛件成形后將飛邊切除，即可得到與零件尺寸和形狀極為接近的球面滾子溫鍛件。其尺寸精度受溫度波動的影響小，溫鍛件的尺寸精度接近冷擠壓件，可達±0.1-0.15mm，鍛后可直接進行磨削，不需要再進行任何的車削加工。這種工藝的最大特點是：材料利用率可高達90%以上，零件的內(nèi)部組織致密，金屬流線沿球面滾子球面工作部分連續(xù)分布。制成成品后，金屬流線不會在整個工作表面露頭，有利于提高滾子的耐疲勞性能。生產(chǎn)效率也比車削工藝高五六倍。

不同的成形工藝對后續(xù)加工工藝的要求是不同的。長期以來，國內(nèi)企業(yè)對車削成形的球面滾子毛坯有一套較為成熟的后續(xù)加工工藝，而溫鍛調(diào)心滾子的尺寸精度和形狀與車削球面滾子有一定的差別，因此溫鍛毛坯機械加工時，應對原來的工藝進行相應地調(diào)整。

3、溫鍛件的后續(xù)加工

用回歸法對車削成形球面滾子和模膛成形的溫鍛球面滾子這兩種毛坯的尺寸精度進行比較 分析 ，可以看到，車削件尺寸精度比溫鍛件高0.05-0.1mm，而后者的尺寸收斂性要明顯優(yōu)于前者，其批量產(chǎn)品的尺寸公差呈線性分布，更適合后續(xù)的磨削加工。車削件的尺寸斂散性大，公差范圍內(nèi)的尺寸呈無規(guī)律分布，會對后續(xù)工序的尺寸精度帶來一定的影響，只能通過增加一道磨削工序來消除。

1）車削件的后續(xù)加工

在實際生產(chǎn)中，車削件的后續(xù)加工工藝為：車削件直接進行熱處理淬火，回火后初磨球面，然后磨削凸端面和凹端面，最后精磨球形工作面。其中初磨球形工作面是為了消除車削后工件尺寸的斂散性，保證精磨工序的質(zhì)量。但是初磨工序在熱處理淬火后進行，對于磨削效率和磨料的損耗都有一定的影響。

2）溫鍛件的后續(xù)加工

（a）初磨工序安排在工件熱處理淬火前進行。

由于溫鍛件的成形特點，在工件的最大截面處有工藝性飛邊。其作用是在成形時形成水平阻力圈，使模膛內(nèi)的金屬形成強烈的三向壓應力狀態(tài)，有利于金屬充滿模膛，得到完整、飽滿的鍛件。成形完畢飛邊切除后會在工件上留下一定的殘留環(huán)帶，若直接對球面進行軟磨，會增加砂輪的不均勻磨損。因此在鍛造工序完成后，應在無心磨床上竄磨一道，去除殘留環(huán)帶。無心磨床的效率非常高，軟磨時對磨料的要求不高，磨料消耗較小，且能實現(xiàn)自動化操作，因此對溫鍛球面滾子的成本影響不大。

由于曲柄壓力機的成形特點，溫鍛件的下料重量誤差、溫度波動誤差等主要反映在工件的高度尺寸上。故溫鍛件的高度尺寸精度要遜于車削件，高度尺寸公差要比后者大0.1-0.15mm。在淬火前還應增加一道雙端面磨削，以提高工件高度的尺寸精度。與無心竄磨一樣，雙端面磨削也采用通用機床，效率較高，磨料消耗少。

前兩道工序完成后，在淬火前還要進行一道初磨工序，即軟磨球形工作面。該工序?qū)嶋H上是將原車削件淬火后進行的初磨工序改為溫鍛件的軟磨工序。其作用是磨去工件精磨前的余量，為淬火后的精磨工序作準備。軟磨后的尺寸為零件尺寸加上精磨余量。精磨余量的大小應保證能去除淬火后新增的脫碳層。

溫鍛件的磨削工序

（b）淬火后的加工工序。

由于溫鍛件的初磨工序基本保證了精磨工序的坯料質(zhì)量，因此球面滾子淬火后的精磨工序要比車削件磨削量少，減少了一道球形工作面的初磨工序。精磨效率也有一定幅度的提高。其余的工序等同于車削成形球面滾子的加工，即磨凹端面和凸端面。

綜合兩種工藝的后續(xù)加工特點和加工量可以看到：溫鍛件的后續(xù)加工僅增加了竄磨環(huán)帶和雙端面磨削兩道初磨工序，而這兩道工序安排在淬火前進行，又采用通用設備，自動化程度和生產(chǎn)效率都較高，對溫鍛滾動體成本的影響有限。

4、結(jié)論

采用溫鍛成形工藝取代車削成形工藝生產(chǎn)軸承球面滾子，可以使材料利用率提高近30%左右，生產(chǎn)效率也提高了近五六倍。而且可以使零件的內(nèi)部組織更加致密，力學性能得到相應提高。對于實現(xiàn)軸承滾子的精密成形和提高經(jīng)濟效益都有積極作用，具有廣泛的推廣價值。

第三節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢 分析

新的球面滾子技術(shù)的發(fā)展將趨于高精、高效、柔性及自動化方向。

1、開展實用的、低成本、高效率的制造技術(shù) 研究 。當前的球面滾子制造或多或少的都存在著制造成本高、效率低、裝置復雜、操作不易掌握等局限性，所以開發(fā)低成本、高效率、適應性廣、工業(yè)化應用程度高的球面滾子技術(shù)已成當務之急。

2、開發(fā)球面滾子的在線檢測、監(jiān)控、故障自診斷技術(shù)。利用聲信號來判斷工況，對滾輪質(zhì)量進行評估，應用計算機對制造過程進行控制，開發(fā)檢測、處理、質(zhì)量評估、控制一體化的制造系統(tǒng)。

3、應用自適應控制技術(shù)和專家系統(tǒng)技術(shù)、實現(xiàn)滾子的智能化制造。模糊數(shù)學、數(shù)據(jù)庫、以范例和模型為基礎的決策系統(tǒng)、專家系統(tǒng)等理論與技術(shù)的發(fā)展及其在制造業(yè)中的成功應用，為球面滾子技術(shù)的智能化提供了可靠的技術(shù)基礎。

4、開發(fā)遠程控制系統(tǒng)。應用網(wǎng)絡技術(shù)對制造過程進行遠程操作、管理、臨控與診斷。

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