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1、,轴承套圈冷辗扩加工技术原理与应用简介,浙江天马轴承股份有限公司 车工技术员：吴 浩,第1章 冷辗扩技术的来由及背景,精密冷辗是从传统热辗扩发展而来的。至少在六、七十年之前，人们就产生了实现精辗的愿望，并先后做过试验，但受到多种条件的制约。近20年以来，由于精密冷辗工艺方面的突破性进展和现代工业控制技术、传感器技术、微机技术、材料技术等的飞速发展，为精密冷辗技术的发展创造了条件，使其由试验研究进入实用阶段。 当前精密冷辗技术在世界范围内处于成长和上升时期。这一阶段的主要标志是在应用中提高、完善、发展，在发展中扩大应用。,精密冷辗技术的成功应用需要4个条件： A 先进而适用的冷辗环机。 B 质量
2、足够高、供应充足的模具及其制造技术。 C 冷辗用坯料的制备。 D 掌握冷辗技术的人员培训。,我们期望，未来的精密冷辗技术的加工精度能达到粗磨加工的效果，冷辗环机像其他数控机床一样稳定、可靠、自动，冷辗加工的套圈具有质量一致性、粗糙度低、公差小、生产时间短和材料损失少等优点，而这些也正是我们天马人努力的目标。,第1章 冷辗扩技术的来由及背景,第2章 轴承套圈冷辗扩加工技术的发展概况,在常温下用轧制加工环形零件是轧制加工的又一种类型。近几年来，我国轴承行业开始采用冷轧加工轴承套圈。它与冷轧丝杠或齿轮等零件的不同点在于轴承套圈毛坯在成形辊和芯辊之间经冷轧后截面缩小而工件直径扩大。为了区别于一般的螺栓
3、和齿轮这类零件的冷轧加工，我们把轴承套圈这类环形零件的冷轧加工称为冷辗扩加工，把用来进行冷辗扩加工的设备称为冷辗扩机。,轴承套圈的冷辗扩工艺是上世纪80年代发展起来的新技术。最先采用这项技术的有德国、美国、日本和前苏联，在80年代末和90年代初开始受到我国轴承行业的重视，先后派员出国考察和洽谈引进冷辗扩设备。 就在国内轴承行业将进行一场轰轰烈烈的工艺革命的同时，天马领导人高瞻远瞩，先后引进世界上最先进的由德国巴德杜本公司生产的冷辗机及技术 ，率先将轴承环(套圈)精密冷辗扩成型工艺及设备用于中大型号套圈大批量生产中，经过公司不断地消化吸收，生产试制，现已成功地生产了几十个品种，月产量50多万套的
4、大中型轴承套圈，技术、质量明显地上了个新台阶。,第2章 轴承套圈冷辗扩加工技术的发展概况,目前我们公司已经拥有精密冷辗扩国内最先进的技术，以及最先进的冷辗扩机（URWA120、URWA160、XS-100、XS-130、PCR-120）。,URWA系列,XS系列,第2章 轴承套圈冷辗扩加工技术的发展概况,冷辗扩的工作理是由一个主驱动的模具（滚轮）来成形外表面形状以及一个从动的旋转模具（芯棒）来成形内表面形状，他们由支撑轮将其挤压成形，因此这种利用金属材料的塑性变形来获得所需的零件形状和尺寸，没有材料的切除，也没有强烈的震动和噪声，因而具有切屑加工所不可比拟的优点。,第3章 冷辗扩加工的优点,第
5、3章 冷辗扩加工的优点,1、提高材料利用率 利用冷辗扩加工能提高材料利用率，可以从以下两方面来进行分析：,（1） 在轴承套圈磨加工前全部采用车加工，需要在一个与成品工件相同直径（指平均直径）的毛坯表面切除金属余量。而采用冷辗扩加工时，只需在一个小于成品工件的毛坯表面切除金属余量。,车加工与冷辗加工下料比较（锻件毛坯）,第3章 冷辗扩加工的优点,（2）由于冷辗扩加工是利用材料的塑性变形成形，工件原来要用车加工切除金属来得到的沟槽和圆角等均可利用材料的塑性变形得到，因而减少了金属材料的损耗。采用冷辗加工可节省钢材；减少机械加工量。,第3章 冷辗扩加工的优点,2、减少了加工工序 传统的球轴承套圈车加
6、工工艺为： 车内径、端面、倒角 车外径、端面、倒角 平面无心 精车 车沟道 车装配倒角 采用车-冷辗扩加工球轴承套圈的工艺为： 车内径与一端面、倒角 车外径与另一端面、倒角 平面无心 冷辗扩加工 车-冷辗扩工艺不仅工序减少了，而且设备数量和占地面积也相应减少，同时也节省了人力。,第3章 冷辗扩加工的优点,3、提高了套圈的加工质量 采用冷辗扩加工能提高套圈质量主要表现在以下两个方面：,第三章 冷辗扩加工的优点,（1）经过冷辗扩加工，使工件金属材料内部的晶粒按工件表面形状延伸，而不象车削沟道那样被切断，同时也提高了材料的密度，使套圈表面的耐磨性和使用寿命大大提高，冷辗扩加工的套圈寿命一般至少提高5
7、0%，比一般车削加工的套圈高410倍。,冷辗与车加工套圈断面的比较,第三章 冷辗扩加工的优点,A冷辗后的流线： 流线不仅与沟道表面形状一致，在表面上无断头，而且在沟道表面以下，超过1MM深度范围内特别致密，愈接近表面愈致密。 B原料中的夹杂物在冷辗后也明显按流线取向。 C冷辗并热处理后的晶粒度： 晶粒度一般比传统加工提高2-4级，而且均匀性也大大提高。 D 冷辗并热处理后的显微组织： 经冷辗，其碳化物细小而分布均匀、浓度起伏变化小。,(2) 由于冷辗扩加工是利用模具成形,使工件的圆角沟道等结构尺寸稳定。主要加工表面的尺度精度、粗糙度和形位公差能稳定的达到甚至超过车加工水平，有利于后工序的加工。
8、,第三章 冷辗扩加工的优点,冷辗套圈的尺寸集中度要好于车加工,第三章 冷辗扩加工的优点,4、生产效率高，劳动条件好 冷辗扩加工轴承套圈，生产效率比车加工高，操作也比车加工方便和安全，劳动强度也比较低。,第四章 轴承套圈冷辗扩设备与模具,目前，国内轴承行业陆续从德国的巴德杜本公司和日本的共荣精工引进了一些冷辗扩冷辗扩机，德国的巴德杜本公司是研究开发轴承套圈冷辗扩设备较早的厂家，生产的冷辗扩机有立式的，也有卧式的，日本共荣精工生产的是卧式的。,立式是指成形辊、心棒和托 辊三者中心线位于同一个垂 直平面内，而卧式是指三者 中心线位于同一水平面内。,右图为冷辗扩工作原理图： 1工件 2 成形辊 3 测
9、杆 4 心棒,第四章 轴承套圈冷辗扩设备与模具,天马公司引进的是德国巴德杜本生产的URWA系列冷辗扩机，这种系列的冷辗扩机采用了圆度控制辊来保证工件的圆度，避免了由于材料不均匀等因素引起的圆度误差。辗扩压力随辗压时间而变化，对某种型号的套圈，计算机根据套圈的几何尺寸及材料性能存储其辗压力随时间变化的理论曲线，在辗压的过程中，计算机根据辗压是压力的变化与理论曲线进行比较，然后进行控制，因此机床的加工精度比较高，机床的价格相对来说也较高。,随着冷辗扩加工工艺的发展，我们公司先后又引进了国产的XS100、XS130等系列的冷辗扩机，PCR系列冷辗扩机也即将投入使用。,第四章 轴承套圈冷辗扩设备与模具
10、,冷辗扩中使用的模具,芯辊,辗压轮,第五章 冷辗扩加工的工件精度,冷辗扩加工的尺寸精度与冷辗扩机本身的精度（特别是直径控制精度）有关，同时还与辗前毛坯的尺寸精度有关。,一般来说工件冷辗扩以后的公差与工件冷辗扩以前的公差大致相等，要保证辗扩以后的精度就必须保证冷辗扩前毛坯的精度。一般冷辗扩加工的套圈内、外径公差在0.05mm左右，圆度误差在0.06 mm以内。,第五章 冷辗扩加工的工件精度,对冷辗扩前工件的加工精度控制的综合指标应当是工件的体积（重量）。保证冷辗扩前套圈的重量不超过允许的公差带就可以较为有效地保证冷辗后套圈的精度。因此，我们公司在冷辗扩前、粗车加工以后增加一道重量分选工序，既精车
11、车沟工序，保证冷辗毛坯重量的公差与毛坯重量之比为1%左右，当然这个重量不是固定不变的，宽而壁厚较薄的毛坯允差较大，宽而厚的毛坯允差较小。,冷辗成品套圈的沟道及角半径等结构的尺寸精度和相对位置精度主要受模具（成形辊和心棒）成形部分尺寸精度的影响，因此模具加工的精度程度以及模具的磨损情况就是决定因素，模具正常磨损后重磨以后可以继续使用。,第五章 冷辗扩加工的工件精度,冷辗扩套圈的表面粗糙度主要受模具表面粗糙度的影响，同时也与冷却润滑油的质量和洁净程度有关。套圈冷辗扩以后的表面粗糙度能达到Ra2.5m。,第六章 轴承套圈冷辗扩技术的现状及发展前景,冷辗扩加工，按其工作原理应该可以加工像轴承套圈这样的
12、环形零件，但实际上目前我国没有几家轴承厂能有这个实力加工轴承套圈，这是由于冷辗扩这种加工工艺在我国应用较晚，是一种成型新工艺，因此无论是理论还是实践上都还不是很完善，有些技术需求暂时还不能得到满足。例如，对于小孔径环件的辗扩还有些问题，这主要是受芯辊尺寸的限制，但是国外有些公司宣布可以用倒转（inverted rolling）技术来解决小孔辗扩问题，并且大幅减少了冲孔时材料的浪费。,另外，理论上对于环型件几何形状变化规律一直沿用圆形假设，这是不符合实际变形的，因此不能真实模拟环形件变化规律。不过现在有人提出结合流体理论建立有限元模型可以更真实地反映变化规律（SPGM方法）。,第六章 轴承套圈冷
13、辗扩技术的现状及发展前景,目前在金属环件冷辗扩塑性成型机理上还需要进行深入研究，即金属环形件冷辗扩过程中的物理机理、冷辗扩塑性成型机理和冷辗扩模具损伤破坏机理；冷辗件中环件材料宏观塑性变形与微观组织性能、环件几何精度与组织性能耦合作用规律；金属环件冷辗扩成型工艺理论和设计方法。,第六章 轴承套圈冷辗扩技术的现状及发展前景,对冷辗扩成型模具，目前还没有完全清楚冷辗扩模具服役的工艺条件，无法建立轴承套圈冷辗扩模具设计、制造和使用的科学依据和技术规范，以至于模具特别是芯辊寿命一直处于较低水平，不过通过对模具的制造工艺和材料的改进，模具的使用寿命已经有了很大的进步。,虽然还有这么多因素制约冷辗扩技术的发展，但是应该相信随着我国科技的不断进步，天马集团的飞速发展，在不久的将来我们公司乃至整个轴承行业冷辗将占据重要的位置。,第七章 结束语,谢谢观看! 2007年9月22日,