[发明专利]套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及滚动轴承技术领域，特别涉及一种套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法。

背景技术

随着主机向高速、重载、绿色、高可靠性发展，对滚动轴承提出了越来越高的要求，尤其要求具有更高的运行可靠度和更长的运行寿命。

理论和实践已经证明，影响轴承运行可靠度和寿命的关键因素分为两个大的方面，第一就是密封精度和可靠性，密封精度不高、不可靠，结果就是轴承内的润滑脂往轴承外泄露和轴承外的各种异物往轴承内侵入，导致润滑失效、密封失效、磨损失效，而这些失效相对于经典的疲劳剥落失效，都属于摩擦学失效形式、早期失效形式，因而大大降低了轴承的运行可靠度和运行寿命；第二轴承套圈和滚动体工作表面的几何精度以及表面、次表面的物理、化学和机械性能，即形状和性能，如果这些工作表面的形状和性能得不到良好控制，比如存在较大几何偏差、局部缺陷、磨削烧伤或磨削变质层、表面拉应力或表面应力集中，都将显著增大轴承内部的接触应力或显著降低轴承的承载能力，增大轴承早发磨损失效和疲劳剥落失效的风险，降低轴承的运行可靠度和运行寿命。

而现有技术对提高轴承的密封精度、有效控制轴承工作表面的形状和性能方面恰恰存在原理和方法上的问题。因为轴承失效多先发于轴承套圈滚道，又因为，在密封件确定的情况下，轴承的密封精度取决于套圈的制造精度，因此，轴承套圈的加工成形方法就成为关键当中的关键。

现有技术轴承套圈制造通常采取如下加工工艺：毛坯成形（锻件或管件）→退火→车削或冷辗扩→淬火、回火→磨削→滚道超精，共有6大类工序，其中，磨削工序又包括磨套圈外径或内径、磨两个端面、磨挡边和磨滚道4工序，因此，在套圈热处理后，外圈或内圈都至少经历4次磨削和1次超精，考虑磨削和超精一般都会分为粗磨和精磨、粗超和精超，因此，外圈或内圈要经过至少10道工序才能成型，由此产生如下诸多问题：

（1）套圈所有表面均在不同的设备上以不同的加工方式加工成型，各表面之间的形状和位置精度，比如密封槽与滚道表面、外径表面、内径表面的相互位置精度，就较难保证，影响到轴承的密封精度；

（2）套圈密封槽在热处理前车削完成，热处理时会发生淬火形变，而密封槽在热处理后不再也无法再加工，影响到轴承的密封精度；

（3）除密封槽外的套圈其它表面，多采用磨削和超精方式成型，以轴承滚道为例，在热处理后，至少经历粗磨、精磨、粗超和精超四个工序，定位误差、误差复映在所难免，存在不圆度、波纹度等几何误差，这类比粗糙度宏观的误差，不可能通过超精去除；

（4）磨削属于随机材料去除加工，加工过程也是砂轮上磨粒随机脱落的过程，这些脱落的磨粒会黏附在滚道表面上，轧入滚道表面，也会擦伤滚道表面，因此，经磨削成型的滚道表面，理论上其局部缺陷在所难免，应力集中在局部缺陷处产生，破坏了滚道表面的形状完整性和性能完整性，成为轴承磨损源和疲劳源；

（5）磨削加工散热条件较差，因此磨削区温度极高，将不可避免地产生磨削烧伤或磨削变质层，降低了滚道表面的硬度和承载能力，加之磨削易产生表面拉应力，或即便产生压应力，压应力层的深度也比较浅，，无法实现滚动轴承套圈的抗疲劳制造；

（6）加工工序多，加工动用的设备类型和数量多，需要准备的工装卡具多，投入的劳动力多，另外，所有工序均需要切削液，因此，现有技术轴承套圈的加工方法也是不经济、不绿色的。

同时，现有技术套圈滚道磨削和油石超精成型方式，也使滚道的形状设计受到很大的局限：

目前滚道磨削主要采用范成法或切入法，超精则采用往复振荡法，这就限定了轴承滚道的设计形式，对球轴承，滚道截形只能是单一圆弧形定曲率沟形滚道，对滚子轴承，滚道截形只能是定曲率直线滚道，如采用其它滚道截形，磨削加工存在很大困难，保形超精加工（保持滚道设计形状或磨削已经获得的滚道形状）从原理上就无法实现。而单一圆弧形沟形滚道与球接触，存在一个理论接触点，接触刚度受到限制，而接触刚度不高首先意味着，在同样的外部载荷和运行条件下，外圈和内圈会存在较大的相对位移，从而影响到轴承的密封间隙，降低了轴承的运转精度和密封精度，同时意味着，轴承的承载能力受到限制；直线滚道与滚子接触，会在滚子两端产生应力集中，这对滚子轴承的运行平稳性和运行可靠度显然是十分有害的。