浅谈轴承套圈锻造工艺基本设计原则与优化
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【摘 要】：21世纪，我国的各种工业技术日趋成熟，一种以经验和直觉为依据、以试错为基本方法的工艺技术--传统的轴承套圈锻造工艺也开始迎接新时代的洗礼，考虑融合现代技术，进行工艺的不断改进。轴承套圈锻造工艺的研究内容不仅包括轴承锻造工艺的现状研究、轴承锻造工艺本身的工艺情况研究，还涉及轴承套圈锻造工艺的优化研究。
【关键词】：轴承套圈；锻造工艺；设计原则；优化
中图分类号：[F213.2]
轴承套圈是具有一个或几个滚道的向心滚动轴承的环形零件。这种零件在机械制造方面有广泛应用。之所以应用广泛是因为它方便装拆、轴向固定、轴向位置调整的用途。轴承套圈的结构多种多样，有圆锥内圈、圆锥外圈、双滚道圆锥内圈、双滚道圆锥外圈等。轴承套圈锻造工艺是一个既老又新的话题，老是因为很早之前在工业发展的历史上就有了它的踪迹，而新又体现了它不断改进和优化的过程。对轴承套圈锻造工艺的优化，不但可以减少工艺加工费用，而且还可以使套圈锻件品质更优。
1.轴承套圈锻造工艺现状的简单介绍
轴承套圈的生产过程有四个阶段：锻造、热处理、磨削工序的监控、标志管理。本文主要讨论轴承套圈的锻造工艺。锻造过程中若产生过烧、过热、内裂成网状碳化物等都会降低套圈的韧性和强度。所以必须始终严格控制加工温度、循环加热和锻后散热条件（如喷雾冷却）等，特别是地较大品种套圈终锻后，温度在700℃以上的，不得堆积摆放。以圆锥滚子轴承套圈的锻造为例来探析我国轴承套圈锻造工艺的现状。
我国现行的圆锥滚子轴承套圈锻造，普遍采用单挤、单挤扩工艺，特别是中、大型圆锥滚子轴承套圈锻件的锻造更是如此，即将一段料加热后傲粗，挤压预成形，再切芯料扩孔成形，经整径可得到圆锥滚子轴承的外圈。若生产圆锥滚子轴承的内圈，其方法完全相同，只是最后省去了整径工序。
轴承套圈锻造工艺的设计有三项基本原则。
第一条是重量不变原则。它是说参与锻造的锻件应重量相等。这一原则不但需要考虑锻件的重量在经过煅烧后的平均损失情况，即考虑火耗、锻件余量及尺寸公差的实际状况、合理配置重量等，而且还要考虑到锻件在煅烧过程中，因为温度不同，而对锻件尺寸造成的影响，以便能够准确设计出不同状态下的工序（模具）尺寸，确保锻造品合格。把握好这两点，对于轴承套圈锻造工艺的设计至关重要。
第二条是元整锻造缺陷原则。任何锻造过程，都不只是简单的一两个工序而已，都是经过多个工作过程才能够完成的。不可否认的是，在每个工序中都会有一些或多或少的锻造缺陷。这些缺陷表现在锻件在外观上出现毛刺、凹坑、圆角等问题，如不能在锻造过程中得到充分完全的圆整，势必将复印到最终锻件成品，从而直接影响着锻件的质量。所以在锻造过程中，应尽量确保毛皮条件较好并且锻造变形量应较大，通过采取这种措施，来减少毛坯中出现的各种缺陷。
第三条是同比例变形原则。锻件在锻造过程中必定会经历多次的锻造才能成为成品。每次锻造后形成的锻造产物叫毛坯。毛坯要到成品得经过多次变形，如果毛坯的各个部分变形不成比例，可以想象，各部分因剧烈的不成比例的变形而形成毛刺、凹坑、圆角和夹皮等各种锻造缺陷，再加上加工变形而存在的内部应力导致失圆变形，成品一定是不合格的。会不同程度的出现各种锻造缺陷。将这种带有缺陷的成品进行车削、磨削工作，轴承套圈的精度将会大受影响。
3.轴承套圈套锻造工艺本身的特殊性
轴承套圈套锻造工艺本身的特殊性。以内外圈双扩孔的套锻工艺设计为例，一般要经过下料、加热、镦粗套切、涨孔压平、外圈扩孔、整径、内圈预成形、切底、内圈扩孔这9 道工序，而套切工序是套锻的关键工序。套切工序决定了内、外圈锻造的初始毛坯条件，决定了内外圈的配重、外圈的压平量及扩孔比。对最终成形的锻件有着至关重要的作用。扩孔比与生产节奏。扩孔比的选取，直接决定扩孔机单件生产的单元时间，这一点在压力机与扩孔机联成的生产线中，对生产定额的影响至关重要，因此扩孔比的确定必须取最小值。
压平量及扩孔比。主要是①扩孔比越大，消除毛坯缺陷的能力越强，充分辗扩后形成的锻件内部组织致密，由于受到多重参数的制约，扩孔比不可能无限大的取值，反之扩孔比越小，消除毛坯缺陷的能力就越弱，对前道工序仿形要求越高，提高了对前道工序的质量要求，增加了消耗，因此扩孔比的取值不可能无限小，一般轴承套圈锻造规格、规范及生产实际经验要求扩孔比的取值范围在1.2～1.6 较为合适。②压平量的取值越大，涨孔压平后的毛坯表面形成的外观缺陷影响较大，要求适当大的扩孔比进行充分辗扩消除缺陷，压平量的取值越小，对涨孔压平后毛坯表面形成的外观缺陷影响较小，因此较小的扩孔比辗扩即能消除，但是比较小的压平量不足以消除套切形成的两端平面缺陷，也达不到涨孔的要求，所以压平量不能取得很小，一般根据轴承套圈锻造规范及实际生产经验要求，压平量的取值范围在15%～25%Cn 之间（Cn 为外圈锻件宽度包括半公差）。③扩孔比和压平量的共同取值，既要分别符合上述要求，相互取值的分布应符合线性同比分布这一规律。
4.轴承套圈锻造工艺的优化
通过对我国轴承套圈锻造工艺现状的分析，发现现有的锻造工艺都存在一些问题，这些问题导致制造企业出现资源严重浪费、成本提高、锻件的质量也欠佳的情况。许多专家学者都注意到了这个问题，积极致力于轴承套圈锻造工艺的优化研究，取得了一些可喜的成绩。例如曹秀中、顾立学者以调心滚子轴承内圈为例，对轴承套圈锻造工艺的优化进行了研究。轴承套圈锻造加工的目的主要有两个：一是获得与产品形状相近的毛坯，从而提高金属材料利用率，节约原材料，减少机械加工量，降低成本；二是消除金属内部缺陷，改善金属内部组织，使金属流线分布合理，从而提高轴承的使用寿命。目前的中大型轴承套圈锻造以“挤压-辗扩”
热锻工艺为主。其工艺路线为：下料加热镦粗挤压（成形）切底辗扩喷丸。从其工艺路线可以看出，欲提高材料利用率和产品质量，主要从辗扩工序着手。套圈辗扩工序目前多采用直圈或近形（如内外沟形、内外十字形、内外梯形、内外锥形等）辗扩。这两位学者的研究主要是将原直圈辗扩工艺改为仿形辗扩工艺，从套圈锻件留量大小和形状两方面来优化锻造工艺，从而提高材料利用率和产品质量。
5.结束语
轴承套圈锻造工艺的研究历久弥新，工业资源零浪费、制造成本最低、产品质量优良将会是这项研究永不停歇的源源动力。一些专家学者已经找到了一些锻造传统工艺中的弊端，并正致力于改进方法的研究，相信轴承套圈锻造工艺的研究定会造福人类社会。
【参考文献】：
【1】谢懿.实用锻压技术手册【M】.北京：机械工业出版社，2003.
【2】卜炎.实用轴承技术手册【M】.北京：机械工业出版社，2004.
【3】曹秀中，顾立.轴承套圈锻造工艺优化设计【J】.轴承，2006.