專利名稱：一種鐵路軸承環(huán)件的精密冷輾環(huán)成形方法
技術領域：
本發(fā)明屬軸承零件加工技術領域，涉及一種鐵路軸承環(huán)件的精密冷輾環(huán)工藝成形方法。
背景技術：
鐵路軸承包括為機車、貨車、客車、動車組、地鐵和輕軌等車輛配套的軸承。鐵路軸承是保持行車安全的重要部件。在鐵路不斷提速和重載化的情況下，鐵路軸承的運行工況日益苛刻和嚴酷，要求以最大限度的可靠性保持其高性能。同時，要延長維修周期，提高工作壽命。使用最廣泛的鐵路軸承是雙列圓錐滾子軸承，其外環(huán)的內徑有兩段錐度用作軸承滾子的滾道，其截面為梯形。這種軸承既可承受很大的徑向力，也可承受一定的軸向力，且可以補償間隙，故在貨車普遍采用，近年來高速客車軸承采用雙列圓錐滾子軸承的比例也越來越高，對其環(huán)件的制作工藝也提出更高的要求。
目前這一類零件的典型加工工藝為鋼材圓鋼經加熱后墩粗、反擠、切底并平高、擴孔然后車加工成形。這種傳統(tǒng)的加工方法具有'以下不足之處
1) 材料利用率低由于鐵路軸承環(huán)件高度較大，通常在140mm以上，形狀較復雜，壁厚變化懸殊，壁厚最大處20mm左右，而最薄處僅7mm，在熱擴孔時為保證成形，不得不增大留量，導致材料利用率很低，通常不
超過55%;
2) 加工較為困難由于鍛造留量較大，需要多次走刀才能完成一個工作面的加工，生產效率較低；
3)切削過程切斷了金屬纖維，使工件的機械性能受到影響，導致軸
承環(huán)件抗疲勞強度降低，.影響到整套軸承的壽命。

發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能提高環(huán)件的機械性能，生產效率高，工件形狀一致性好，加工精度高、材料利用率高的鐵路軸承環(huán)件的精密冷輾環(huán)成形工藝。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明所提供的一種鐵路軸承環(huán)件的精密冷輾環(huán)成形方法，包括以下步驟
1) 鍛造環(huán)件將軸承鋼棒料鍛造成矩形截面的環(huán)形件；
2) 球化退火將制成的鍛件進行球化退火，獲得較低的硬度以便于實施冷輾；
3) 粗車對鍛件進行車削加工，基本去除氧化皮與脫碳層，消除鍛造時產生的壁厚差，粗車后的環(huán)件重量相互差小于1.6%;
4) 預輾錐度在常溫下對粗車后的環(huán)件的兩端進行局部輾壓，兩端金屬受模具擠壓后產生局部變形被輾壓出一段錐度，而環(huán)件基體有少量變形，內、外徑略有脹大，高度沿環(huán)件軸向略有延展，預輾需符合以下要求<formula>formula see original document page 5</formula>
《預輾環(huán)件內徑J。毛坯內徑 A,:預輾的輾擴比D1:預輾環(huán)件基體外徑 預輾環(huán)件隆起部外徑//。毛坯高度 //,:預輾環(huán)件高度"2:成品環(huán)件內錐面斜度預輾環(huán)件內錐面斜度預輾環(huán)件脫模角去除其外圓兩端的隆 起，在預輾出的斜度基礎上繼續(xù)延長斜度接近成品長度，修整完形狀的環(huán) 件重量相互差小于1. 2%;
6) 精輾成形在常溫下對修整好形狀的環(huán)件進行整體輾環(huán)，環(huán)件口 徑擴大，壁厚減薄，內錐面的斜度、倒角、油溝等形狀在輾環(huán)過程中逐步 成形，直到環(huán)件尺寸達到要求輾環(huán)過程終止，精輾必需符合以下要求
仏 c//d2=)t2 & =1.35 1.38 6. /7 = 772-(0.7 1.2) c. / 2 = 60 80
":成品環(huán)件內徑^:修形后環(huán)件內徑 ^:精輾的輾擴比 i/:成品環(huán)件高度//2 :修形后環(huán)件高度/ 2:精輾環(huán)件脫模角 進一步的，所述步驟,2)中球化退火后環(huán)件的硬度范圍為HRB82 86。
進一步的，所述步驟3)中粗車后環(huán)件的壁厚差小于0.2，殘余脫碳
層厚度小于0.2;
進一步的，所述步驟5)中經過修整形狀的環(huán)件壁厚差小于O.l。 本發(fā)明的積極效果是采用預輾和精輾兩步成形，合理分配每一工序 的變形比率，并輔助進行形狀修整，從而實現(xiàn)了復雜截面環(huán)件的精密冷輾 環(huán)成形，所用鍛造毛坯形狀簡單，口徑小，容易制備，有利于提高精度； 本發(fā)明僅在粗車和修形工序去除少量金屬，加工一個環(huán)件材料利用率可達 62 65%，而傳統(tǒng)的熱擴孔后車加工的工藝材料利用率僅50 55%,這意味 著生產一個鐵路軸承環(huán)件可節(jié)約3kg的優(yōu)質軸承鋼，有利于降低成本；利 用模具輾環(huán)加工成形，被加工件的精度由模具保證，因此工件形狀一致性 好，精度高；內、外徑一次成形，其同軸度遠高于切削加工獲得的工件； 在冷輾環(huán)過程中，金屬材料的流線按模具輪廓取向，無斷頭，金屬組織更 致密，因此有利于提高環(huán)件的機械性能。因此，本發(fā)明具有加工效率高、精度好、材料省、成本低，以及鐵路軸承環(huán)件性能好的優(yōu)點，對于提高鐵
路軸承的壽命和可靠性具有積極的意義。


圖1-1為本發(fā)明實施例粗車后的環(huán)件示意圖； 圖1-2為本發(fā)明實施例預輾錐度后的環(huán)件示意圖； 圖1-3為本發(fā)明實施例修整形狀后的環(huán)件示意圖； 圖1-4為本發(fā)明實施例精輾成形后的環(huán)件示意圖； 圖2本發(fā)明實施例預輾錐度開始狀態(tài)的示意圖； 圖3本發(fā)明實施例預輾錐度結束狀態(tài)的示意圖。
圖中l(wèi)一輾壓輪；2 —輾壓輪軸；3 —冷輾環(huán)件；4一芯軸；5 —預輾 成形的錐度。
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例對本發(fā)明一種鐵路軸承環(huán)件的精密冷輾環(huán)成 形方法作進一步描述。
.本實施例以使用量最大的雙列圓錐滾子鐵路軸承35226X2-2RZ的外 環(huán)為例，圖1-4中H=151.5， D=cD230.65， d=。193. 1， a2=9° 52'; 材料為G20CrNi2MoA。
一種鐵路軸承環(huán)件的精密冷輾環(huán)成形方法，包括步驟如下
1) 鍛造環(huán)件將軸承鋼圓鋼經加熱后墩粗、反擠、切底并平高、擴 孔、整形等工序鍛造成矩形截面的環(huán)形件，本實施例所用的鍛件凈重為 14850g;
2) 球化退火將鍛造好的環(huán)件進行球化退火，退火后環(huán)件的硬度范
圍為服B82 88;
3) 粗車對環(huán)件進行車削加工，基本去除氧化皮與脫碳層，粗車后的環(huán)件如圖l-l所示。粗車消除鍛造時產生的壁厚差，使之小于0.2;粗
車后的環(huán)件重量相互差小于1.6%，本實施例的粗車后環(huán)件理論重量為 12760g，故粗車后允許環(huán)件的重量變動約為12660g 12860g;由于環(huán)件后 續(xù)工序還有多次切削加工過程并有足夠留量，故粗車階段，允許環(huán)件殘余 部分氧化皮和脫碳層，殘余脫碳層的厚度不大于0.2即可，顯然這樣有利 于壓縮鍛件的留量，以提高材料利用率；本實施例中，粗車后的環(huán)件內徑 do二①140、外徑Do:①184、高度Ho448。
4)預輾錐度如圖2所示，在常溫下將粗車后的環(huán)件3置入由輾壓 輪1和芯軸4形成的工作區(qū)內進行輾壓。開始輾壓后，輾壓輪1主動旋轉 帶動環(huán)件3同步轉動，芯軸4向環(huán)件微量進給切入環(huán)件3后在摩擦力帶動 下被動旋轉，形成對環(huán)件3兩端的局部輾壓，金屬材料在塑性變形時其金 屬流動趨勢為向阻力最小的方向流動，由于環(huán)件3的軸向僅兩端面與輾壓 輪1有很小的間隙，受壓后軸向略有延展，端面與輾壓輪1孔型填充基本 完成后，環(huán)件3兩端由輾壓輪1和芯軸4形成的孔型截面進一步減小，在 壓應力的作用下，多余的金屬沿外徑方向流動，致使環(huán)件3兩端外徑變大， 而環(huán)件3基體未受輾壓，不足以產生足夠的壓應力，僅在兩端金屬帶動下 產生微量變形，在預輾過程中就形成了一個如圖l-2所示的兩端大，中間 小的"啞鈴形"環(huán)件。預輾完成時，如圖3所示，環(huán)件3的內徑在芯軸4 的作用下，產生一段錐度5。本實施例中，預輾后內徑由輾前的O140脹 大到014r'25，實際輾擴比為1.007;預輾后環(huán)件的隆起部外徑(A。為 ①189.2,而基體外徑(A)為0184.8，符合A!/A《1.025的要求；高 度沿環(huán)件軸向略有延展，由毛坯的148增加到150.5;預輾形成的內錐度 斜角a 1取值9° ,脫模角P 1取值12° 。預輾主要目的在于預成形環(huán)件兩 端的錐度，環(huán)件兩端受輾壓后，壁厚略有減薄；預輾應精確控制其輾擴比，由于冷輾過程中會在金屬輾壓區(qū)的表面產生一定深度的硬化層，必須在后 續(xù)的修整形狀步驟中去除，如硬化層遺傳到精輾步驟，再經過較大變形 比率的冷輾后，表面硬化層可能會發(fā)生晶格錯位乃至撕裂，從而在環(huán)件的 淺表層形成微裂紋，這對于鐵路軸承來說是極大的隱患，故本發(fā)明對預輾 所采用的輾擴比進行了嚴格的限定，可確保預輾產生的硬化層在后續(xù)的工 序中全部去除。預輾過程為無切屑的金屬冷塑性成形過程，預輾前后環(huán)件 重量不變。
5) 修整形狀環(huán)件在冷輾時的許用變形比率較小，故對截面形狀較 為復雜、壁厚變化懸殊的鐵路軸承環(huán)件必須修整其形狀以便于實現(xiàn)冷輾。 本實施例中利用車床對環(huán)件實施切削加工，去除外圓兩端的隆起，在預輾 出的斜度基礎上適當加深并繼續(xù)延長斜度接近成品長度，并去除表面硬化 層。修完成形狀后的環(huán)件如圖1-3所示，截面形狀與成品環(huán)件相仿，但壁
厚較大，錐度稍短。為保證精輾的精度，其重量相互差小于1.2%。本實 施例中，預輾后的環(huán)件在修形過程中，外徑單邊金屬去除量最大2，內徑 單邊金屬去除量最大為2. 6,利用車床加工一次走刀即可去除，效率很高， 并控制內、外徑壁厚差小于O.l。本實施例中，經過修整形狀后的環(huán)件凈 重為10880g。
6) 精輾成形在常溫下將修整好形狀的環(huán)件置入精輾用輾壓輪和芯
軸形成的工作區(qū)進行整體輾環(huán)，環(huán)件口徑擴大，壁厚減薄，內錐面的斜度、 倒角、油溝等形狀在輾環(huán)過程中逐步成形，直到環(huán)件尺寸達到要求輾環(huán)過
程終止。精輾完成的環(huán)件如圖1-4所示。經過精輾后的環(huán)件再經過加工密 封槽、打油孔、探傷、打標記等工序即可進行淬火工序，再制造成軸承。 本實施例中，精輾前環(huán)件內徑d2:①142，精輾后內徑dz①193.1，精輾實 際輾擴比k2=193. 1/142=1. 36，滿足輾擴比的限制范圍；脫模角取為8° ，便于金屬流動，避免出現(xiàn)粘連；輾擴后的環(huán)件高度略有增加。
.經過精輾后的環(huán)件心部較軟，其表面，尤其是用作滾道的內錐面，形 成一個致密度很高的硬殼，晶粒細化，經熱處理后對于鐵路軸承環(huán)件的機 械性能改善很大，尤其是有助于提高軸承滾道表面抗疲勞強度，對提高鐵 路軸承的使用壽命有很大幫助。由于采用了合理的輾擴比，滾道處的硬化 層深度較大，在鐵路軸承使用壽命到期后，對環(huán)件翻新，重新修磨滾道時， 硬化層仍然得以保持。本實施例中，經過精輾及后續(xù)加工，交付淬火狀態(tài) 的35226X2-2RZ環(huán)件重量為10480g，其采用的鍛件重量為14850g，而采 用熱擴孔一車加工生產環(huán)件時，所需鍛件重量為18kg以上，可見本發(fā)明 相比傳統(tǒng)工藝每個環(huán)件可節(jié)約優(yōu)質軸承鋼至少3kg，國內每年生產以 35226為代表的鐵路軸承約30萬套，如采用本發(fā)明，則每年可節(jié)約材料 1000多噸，價值近千萬元。
權利要求
1.一種鐵路軸承環(huán)件的精密冷輾環(huán)成形方法，其特征在于，包括以下步驟1)鍛造環(huán)件將軸承鋼棒料鍛造成矩形截面的環(huán)形件；2)球化退火將制成的鍛件進行球化退火，獲得較低的硬度以便于實施冷輾；3)粗車對鍛件進行車削加工，去除氧化皮與脫碳層，消除鍛造時產生的壁厚差，粗車后的環(huán)件重量相互差小于1.6％；4)預輾錐度在常溫下對粗車后的環(huán)件的兩端進行局部輾壓，兩端金屬受模具擠壓后產生局部變形被輾壓出一段錐度，而環(huán)件基體有少量變形，其內、外徑略有脹大，其高度沿環(huán)件軸向略有延展，預輾需符合以下要求a.d1/d0＝k1k1＝1.005～1.03b.D11/D1≤1.025c.H0＝H1-(1.75～2.5)d.α1＝α2-(1°～1°30′)e.β1＝10°～12°d1預輾環(huán)件內徑d0毛坯內徑k1預輾的輾擴比D1預輾環(huán)件基體外徑D11預輾環(huán)件隆起部外徑H0毛坯高度H1預輾環(huán)件高度α2成品環(huán)件內錐面斜度α1預輾環(huán)件內錐面斜度β1預輾環(huán)件脫模角5)修整形狀對預輾后的環(huán)件實施切削加工，去除外圓兩端的隆起，在預輾出的斜度基礎上繼續(xù)延長斜度接近成品長度，修整完形狀的環(huán)件重量相互差小于1.2％；6)精輾成形在常溫下對修整好形狀的環(huán)件進行整體輾環(huán)，環(huán)件口徑擴大，壁厚減薄，內錐面的斜度、倒角、油溝等形狀在輾環(huán)過程中逐步成型，直到環(huán)件尺寸達到要求輾環(huán)過程終止，精輾需符合以下要求a.d/d2＝k2k2＝1.35～1.38b.H＝H2-(0.7～1.2)c.β2＝6°～8°d成品環(huán)件內徑d2修形后環(huán)件內徑k2精輾的輾擴比H成品環(huán)件高度H2修形后環(huán)件高度β2精輾環(huán)件脫模角。
2、 根據權利要求1所述的鐵路軸承環(huán)件的精密冷輾環(huán)成形方法，其 特征在于，所述步驟2)中球化退火后環(huán)件的硬度范圍為HRB82 86。
3、 根據權利要求1所述的鐵路軸承環(huán)件的精密冷輾環(huán)成形方法，其 特征在于，所述步驟3)中粗車后環(huán)件的壁厚差小于0.2,殘余脫 碳層厚度小于0.2。
4、 根據權利要求1所述的鐵路軸承環(huán)件的精密冷輾環(huán)成形方法，其 特征在于，所述步驟5)中經過修整形狀的環(huán)件壁厚差小于O.l。
全文摘要
一種鐵路軸承環(huán)件的精密冷輾環(huán)成形方法，包括以下步驟1)鍛造環(huán)件將軸承鋼棒料鍛造成矩形截面的環(huán)形件；2)球化退火將制成的鍛件進行球化退火獲得較低的硬度以實施冷輾；3)粗車對鍛件進行車削加工，消除鍛造產生的壁厚差；4)預輾錐度在常溫下對粗車后的環(huán)件的兩端進行局部輾壓；5)修整形狀對預輾后的環(huán)件實施切削加工，去除外圓兩端的隆起，在預輾出的斜度基礎上繼續(xù)延長斜度接近成品長度；6)精輾成形在常溫下對修整好形狀的環(huán)件進行整體輾環(huán)，直到環(huán)件尺寸達到要求輾環(huán)終止。本發(fā)明具有加工效率高、精度好、材料省、成本低，以及鐵路軸承環(huán)件性能好的優(yōu)點，對于提高鐵路軸承的壽命和可靠性具有積極意義。
文檔編號B23P15/00GK101648332SQ200910052840
公開日2010年2月17日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權日2009年6月10日
發(fā)明者岷 劉, 彭學文 申請人:劉 岷;彭學文