哈尔滨轴承厂锻压分厂 黑龙江 哈尔滨 150036
摘要：轴承套圈锻件锻造成形后，在冷却过程中会产生热变形收缩，因此需要随时测量终锻时套圈尺寸，但是套圈尺寸热检过程中通常存在误判问题。在凹模内壁上加设若干外凸的韧带圈，以在冷挤压前起到摩擦预热的效果。实验证明运用该冷挤压工艺制造汽车轮毂轴承套圈，其材料消耗少，力学性能高，设备投资少，具有显著的经济价值。
关键词：轴承套圈锻件；热检误判；成形工艺；制坯
1国内传统的轴承套圈成形技术发展过程
套圈成形技术包括热锻、高速锻、钢管制坯、温挤压、冷辗、车加工等。随着技术进步，成形制造工艺有了长足的发展。
2套圈成形工艺分析
由套圈成形技术的发展过程可以看出，新工艺的出现使毛坯质量、车加工精度和加工效率等大大提高。下面对几种典型的成形工艺进行分析。
2.1传统成形工艺的现代化改造
套圈典型的传统成形工艺路线如图1所示。
图1 套圈传统成形工艺流程
传统成形工艺材料利用率低，成本高，效率低，质量不稳定，可靠性差。如下料温度可控性差，重量误差大；压力机连线主要靠人工操作，人为因素影响大，锻件精度低；车加工没有在线防错技术，经常发生漏加工；人工质量检验的可靠性差，影响整个磨前产品的质量。因此，需要对传统磨前成形工艺进行现代化改造。
(1)棒料加热。
剪切下料采用温剪工艺，剪切温度为(600±20)℃。优点:可以提高料段的剪切质量，避免料段端面变形、毛刺、马蹄形的产生；保证镦饼后料饼流线的对称性，从而提高套圈锻造流线的对称性；同时也可避免因料段毛刺压入而产生的裂纹。缺点:设备剪切力较大，相对于一火锻即棒料热剪切直接锻造成形而言能耗偏大，温剪切耗能约为150kW·h/t。
(2)成形工序料段加热。
温剪后所有料段都从室温加热到锻造温度，使料段加热一致性得到控制，保证了最终锻件品质的一致性；温度在线检测，设有温度报警系统，提高了加热可靠性。
(3)多工位锻压成形与辗扩。
锻压成形采用多工位压力机，工序间传递采用步进梁或机械手，工模具更换采用模架快速更换技术。优点:可以实现锻造自动化，减少人为因素影响，生产效率、锻件品质大大提高；锻造成形后与扩孔机的连接采用机械手或机器人；扩孔实现数控化，提高了辗扩的尺寸精度和形位公差，减小了锻件留量，节材，使锻造加热、成形、辗扩实现自动化生产。缺点:投资较大，关键点是步进梁的可靠性及扩孔机的数控改造。
(4)车加工成形。
粗、精车各工序的连线，加工设备实现数字化、智能化。装备结合装夹防错技术、在线漏加工检测技术、沟位偏移在线检测技术、视觉系统在线检测技术，提高了产品质量可靠性，但投资成本相对较高。
2.2套圈成形新工艺
2.2.1钢管制坯
20世纪90年代钢管制坯工艺逐渐发展起来，主要用于中小型轴承套圈毛坯的制造，目前国、内外已普遍采用。该工艺的优点:钢管尺寸精度高，可控制外径尺寸散差＜0.25mm，圆度＜0.1mm，壁厚差＜0.06×壁厚；由于留量减小，材料利用率提高，成本降低，生产效率提高，适用于大批量生产。缺点是轴承的寿命相对较低。因此，钢管制坯轴承一般应用于中、低使用要求的场合。目前先进的钢管制坯工艺路线如图2所示。
图2 钢管制坯成形工艺流程
2.2.2高速锻
高速锻的优点:毛坯尺寸精度高，锻件质量可靠，生产效率高，每分钟可加工120套以上，节材、节能，适用于大批量生产，是目前最先进的毛坯制造工艺之一。缺点:不适应小批量多品种生产，毛坯尺寸有一定限制。
2.2.3冷辗
冷辗工件尺寸精度高(圆度＜0．1mm)，尺寸散差小，节材、节能。冷辗分精辗和粗辗。精辗的优点:毛坯经粗车后直接辗压为图纸要求尺寸，只需再车防尘槽，不需其他加工，保证了沟道金属流线与沟道基本平行；缺点:冷辗后残余应力较大，热处理后易变形、胀大。粗辗是将传统热锻毛坯(端面需车削)、高速锻坯或钢管割坯(端面需软磨，去毛刺)在室温下辗压得到精密毛坯件，其优点:制造要求不高，辗后通过再结晶退火可消除残余应力；缺点:辗后还需车加工，延长了工艺流程，增加了生产成本，节材的成本优势被削弱；辗后车削加工使表面致密层被除去，良好的沟道金属流线分布可能被破坏。
2.3高速锻+冷辗成形组合方案
工艺路线为:长棒料中频感应加热→高速锻造→保护气氛退火→冷辗→车加工。高速锻+冷辗成形组合方案利用高速锻毛坯尺寸精度高的优点，锻坯满足冷(粗)辗要求，通过冷辗，扩大了高速锻的使用范围，同时消除了塔锻挤压时的环带，节约材料。保护气氛等温退火，表面氧化脱碳减少；碳化物细小均匀，具有硬度优势，有利于提高冷辗模具的寿命。冷辗后锻坯尺寸精度更高，为套圈外径面、端面直接软磨奠定了基础，沟道金属流线分布更加合理。以63/28轴承(非标)套圈为例，对高速锻+冷辗组合方案与传统热锻工艺的各项数据进行对比。
2.4常规功能模块
根据轴承环锻压机器人控制系统的所需功能，结合机器人的所需的常规操作，将控制软件进行模块化分析，在编写程序时尽量降低不同模块之间耦合度。每一个模块都可以再次划分为几个不同的子模块。利用 Twin CAT3 编程开发软件可以轻松完成各种常规功能模块的设计，如状态监视功能、接口模块包括 I/O 模块、中断处理模块、通讯模块等。
2.4.1状态监视功能
1）故障诊断与运动保护功能
①通过实时监控各类传感信号的工作状态，软件可以通过预先设定好的程序判断
系统的工作状态是否发生错误。
②在控制柜上设有急停按钮，可以实现远距离操控，当手动紧急按钮被按下时锻
压系统停止运行，避免出现意外事件确保系统的安全。
③系统带有自动检查能力,当系统开机上电后先要检测各传感器和硬件的工作状态根据检测结果进行下步操作。通过触摸屏上的按键可以进行手动复位。
2)显示功能
此功能主要指实现三台机器人运动信息的显示、运动状态的显示、菜单项的显示
等功能，便于与操作者的进行信息交互。以运动信息显示功能为例，其将机器人的相关信息实时显示给操作者，比如某个关节伺服电机的速度、旋转角度、位置；机器人手爪的末端位置、液压机状态等。
2.5I/O接口管理功能
I/O模块就是输入输出模块，是机器人控制系统应用到的重要模块之一。主控制器与各传感器、电磁阀等辅助设备间的信息交换大多都是通过I/O模块来完成的。该模块主要分为模拟量模块和数字量模块，用以输入或输出模拟量和数字量。
2.6中断处理功能
本软件包括中断处理功能模块，即用于处理突发情况，有PLC中的CPU来处理。简单的来说，中断处理只是可被调用执行的一般程序，并不是真正的中断。
2.7通讯功能
控制系统的选用的触摸屏与 PLC 通过以太网进行数据的传输，通讯模块实现机器人关节与触摸屏的数据及信息交互，接收触摸屏的数据及控制指令，同时将关节的当前速度、位移传感器数据及位置坐标传给触摸屏。
3结束语
以试验为基础，着重分析磨前轴承套圈成形工艺(包括套圈毛坯制造和车加工)的各种解决方案，这些方案节能、节材、环保并在生产中获得了实际应用，取得了良好的效果。由于各工厂条件不同，客户要求不同，可能会有更多的套圈成形技术组合方案，而实现真正的产业转型升级，最终目的是提高质量、提高效率和降低成本。
参考文献
[1]张伟，夏高宇，王强，陈辉.转向轴承套圈温锻成形工艺的有限元模拟[J].锻压技术，2016，41(12):14-25.
[2]高新.螺旋斜轧轴承内圈成形工艺研究[D].太原科技大学，2016.
[3]一机部轴承厂(所)滚珠钢带状试验小组.GCr15轴承钢碳化物带状的试验研究[J].轴承，1974(01):1-47.
论文作者:佟娜
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/22
标签：套圈论文; 毛坯论文; 轴承论文; 工艺论文; 模块论文; 尺寸论文; 加工论文; 《防护工程》2018年第33期论文;