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一種鐵路軸承環(huán)件的精密冷輾環(huán)成形方法

文檔序號:3144068閱讀:422來源:國知局
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
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