軸承先進鍛造工藝及制造技術

鄭力元

中國航空工業(yè)集團公司金城南京機電液壓工程研究中心 江蘇南京 2 1 1 1 0 6

軸承鋼具有高而均勻的硬度和耐磨性、精度高、耐疲勞性強、高的彈性極限等優(yōu)點，同時具備一定的韌性和較好的淬透性，才能滿足軸承在機械工作中承受著極大的壓力和摩擦力。軸承鋼是所有鋼鐵生產中要求最嚴格的鋼種之一，也是目前用量最大的。

1 軸承鍛造技術分析

1.1 特點分析

鍛造轉型升級材料技術轉型升級標準升級，由GB/T18254-2002升級到GB/T18254-2016，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

冶煉工藝：真空冶煉。增加了微量有害殘余元素的控制：從5個增加到12個。關鍵指標氧、鈦含量、單顆粒球狀夾雜物控制方面接近或達到國際先進水平。均勻性明顯改善：主要成分偏析明顯改善控軋控冷工藝應用，控制軋鋼溫度及冷卻方式，實現(xiàn)雙細化（奧氏體晶粒、碳化物顆粒細化），改善碳化物網狀級別。碳化物帶狀合格率明顯提升：控制澆注過熱度，增加軋制比，保證高溫擴散退火時間。軸承鋼質量一致性提高：實物冶金質量爐次合格率大幅度提升。

1.2 鍛造自動化轉型

1.2 .1高速鍛造

自動加熱、自動剪切，機械手自動傳遞，自動成形，自動沖孔、分離，實現(xiàn)快速鍛打，最高速度可達180次/min，適用于大批量中小軸承、汽車零部件的鍛造，高速鍛工藝優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾方面。

自動化程度高，生產效率高：以哈特貝爾AMP30S高速鍛自動生產線為例：高速鍛造平均班產約33000套，操作工3人；同樣產品普通垂直鍛造班產約8400套，員工10人，人均勞動生產效率提高13倍。鍛件加工精度高，車加工余量少，原材料浪費少；鍛件內部質量好，流線分布有利于增強沖擊韌性和耐磨性，軸承壽命能提高一倍以上。頭尾自動甩料，去除棒料探傷盲區(qū)、端頭毛刺。與常規(guī)鍛造比節(jié)能10%-15%，節(jié)約原材料10%-20%，水資源節(jié)約95%[1]。整個鍛造過程在封閉狀態(tài)下完成；生產過程易于控制，不容易產生水淬裂紋、混料和過燒現(xiàn)象。

無三廢，環(huán)境整潔、噪聲低于80dB；冷卻水封閉循環(huán)使用，基本實現(xiàn)零排放。

采用熱模鍛設備，在同一臺設備上完成壓餅、成形、分離、沖孔等工序，工序之間傳遞采用步進梁，適用于中型軸承鍛造，生產節(jié)拍10-15次/min。

1.2 .2精密鍛造技術

精密鍛造工藝的主要目的是實現(xiàn)鍛件由“肥頭大耳”向“近無余量”轉變，依靠模具來保證零件結構的成形，大大減少切削加工量，提高材料利用率，降低生產成本，提高生產效率。通過固化工藝流程及成形工藝參數，可以有效保障產品批產的質量一致性和穩(wěn)定性。從航天型號產品結構來看，適宜于發(fā)展等溫精密鍛造技術及精密軋制成形技術。

為了提高結構可靠性、降低重量，航天型號結構件朝著一體化、輕量化方向發(fā)展，對部分產品的成形工藝提出了新的要求。由于國內鍛造裝備的大型化、數控化已經發(fā)展到較高水平，以前不敢想或者很難實現(xiàn)的工藝可以開展相關工藝研究。但構件的大型化、輕質化對整體精確成形和組織性能精準調控帶來巨大挑戰(zhàn)，制造難點主要集中在精準調控合金的內部微觀組織、全面提升宏觀力學性能及精確控制尺寸精度方面。

1.2 .3數字化鍛造技術

數字化制造是先進制造技術的核心，發(fā)展先進的鍛造技術，實現(xiàn)精密化、一體化、柔性化發(fā)展，必須以數字化制造為基礎。數字化制造將推動制造技術由經驗制造向科學制造和可預測制造轉變，通過產品、工藝過程和生產資源的建模仿真及集成優(yōu)化，可實現(xiàn)產品與工藝設計結合的早期驗證，不但可以虛擬構現(xiàn)產品的成形過程，還可以實現(xiàn)產品的微觀組織及力學性能定制，因此可以提前發(fā)現(xiàn)問題并修正，避免返工和工期的延誤。

2 軸承加工技術分析

軸承內孔表面是主要加工表面，在粗加工孔的直線性保證后，浮動鏜削適合于加工此類尺寸精度要求高，表面粗糙度值要求比較小的孔，同時浮動鏜削的加工效率比較高，對軸承套內孔的加工來說，浮動鏜削加工是最好的選擇[2]。軸承套內孔在鏜削加工時，零件孔是豎直方向裝夾，產生的切屑會很容易被冷卻液沖出來，不會被擠壓在刀具與零件表面之間，影響零件表面的粗糙度。同時在鏜削過程中，鏜刀的刀刃與零件表面接觸，冷卻液更容易將產生的熱量降低，熱燒傷現(xiàn)象就能避免出現(xiàn)。使用浮動鏜刀進行孔的加工時，加工工藝依次為粗鏜孔、半精鏜孔和精鏜孔三個步驟[3]。粗鏜孔的主要任務是盡可能快地切除掉孔的多余材料，可使用YG6硬質合金材質的刀具，這種材料有較好的強度和沖擊韌性。精鏜作為其中一個主要的工序，精鏜孔是對已經鍛造或初步經過粗加工的孔進行加工，通過精鏜的切削加工，使孔的直徑尺寸達到孔的設計尺寸，提高孔表面的加工質量，對粗加工時孔軸線出現(xiàn)的直線度誤差實現(xiàn)糾正。在精鏜孔的時候選用的是整體式浮動鏜刀，選用YG8硬質合金材質的切削刃，這種切削刃的材料耐磨性好，同時在加工過程中選用較小的背吃刀量和較小的進給速度，從而獲得滿足圖紙要求的零件。

3 結語

鍛造涉及材料種類繁多，鍛造過程及模具存在主觀和客觀方面的復雜性、多樣性，在材料技術、自動化技術、加熱技術、控形控性技術、近凈成形技術方面還有很多提升空間，尤其是近凈成形數值模擬技術應用方面，還不是十分廣泛，材料數據庫中實際應用數據較少，模擬變形數據與實際還有一定差異，需對材料高溫變形進行大量試驗，以獲取高溫變形的實際數據，提高模擬仿真的準確性。隨著鍛造仿真模擬技術的研究，相信近凈成形技術一定會廣泛應用于少無切削的精密鍛造領域。