353130B 緊湊型鐵路貨車軸承

上海聯合滾動軸承有限公司項目組 (200240）

0 引言

為適應物資、客流、信息高速化運轉的需求，確保鐵路運輸大動脈的主導地位，鐵道部根據我國國民經濟高速發展的趨勢，在高速、快捷、安全的前提下，提出了“跨越式發展”的戰略目標，實施了開辟新線、擴建改造復線，引進發達國家的先進技術，提高車輛裝備水平等舉措。客運方面為達到“高速、快捷、舒適”的目標，自1998年開始全國主要干線已進行了多次大提速；貨運方面提出了“高速、重載”的目標，車速達到120km/h，車輛裝載能力由60t/輛發展為80t/輛，其貨車所用的轉向架軸承也由本次技術改造前的352226X2-2RZ擴大到353130X2-2RZ軸承（即80t貨車重載提速軸承），見圖1，這為研制353130B貨車重載提速軸承提供了廣闊的市場運用前景。

圖1 353130B緊湊型鐵路貨車軸承

1 貨車軸承的創新點、先進性及主要技術特點

1.1 產品設計

取消密封座以及整體縮短和緊湊型的設計，以適合縮短的軸頸。軸承采用EC(較之以往軸承設計在軸承內部結構改進,承載能力和壽命增加、根據載荷和轉速確定檔邊角度滿足軸向承載力)設計，內圈擋邊為錐擋邊，內圈滾道為凸度形式，滾子端面為球基面，素線為對數曲線，從而提高了軸承壽命和可靠性。保持架采用工程塑料保持架，避免了鋼沖壓保持架生產中易出現的旋轉單向性問題。353130B塑鋼保持架除具備現有安全性能外，其留有獨特的滾道及擋邊外觀檢查兜孔，對保證檢修質量極為有利。產品外觀及組成見圖2、圖3。

圖2 軸承示意

圖3 軸承結構

1.2 軸承密封

采用了低摩擦的油封，油封的固定件安裝在軸承外圈兩牙口上，旋轉件安裝在內圈大擋邊上，使軸承形成一個獨立的密封單元，這樣既保證了低摩擦力矩，同時防止油脂的泄漏以及雜質進入軸承中。在后擋和靠近輪側的內圈大端面安裝了一個塑鋼隔圈，以防止內圈和后擋的接觸面的摩擦，能有效地改善微動磨蝕對軸承性能的影響，同時對軸頸也有一定的防護作用。

1.3 軸承套圈

采用滲碳淬火、二次淬火、回火方法，以保證套圈外部有較高硬度，內部有一定韌性，滿足鐵路軸承耐磨、耐沖擊等要求。滲碳淬火用愛協林滲碳爐進行滲碳壓模淬火，控制套圈變形量。套圈有效滲碳層深度為1.5～2.3mm。

1.4 制造技術

軸承內圈大擋邊采用帶有振蕩的高速磨削，外圈滾道、牙口一次成型磨削以及外圈滾道、外徑一次超精等先進的制造工藝及裝備。

2 主要工藝步驟

其生產基本沿用傳統軸承加工工藝步驟：

原材料→鍛壓成形→退火→車加工→熱處理→磨加工→探傷、退磁、磷化、清洗→裝配→包裝。

機加工的工藝步驟如下：

套圈原料→鍛壓成形→退火→粗車成型→精車加工→清洗→轉熱處理車間→磨加工→轉后續加工車間進行探傷、退磁、磷化、清洗→裝配→包裝。

其部分生產線見圖4。

圖4 353130B軸承生產線

3 實施的工藝方式

353130B緊湊型鐵路貨車軸承的加工難度大、精度要求高。為了確保軸承產品質量、技術參數、性能均達到用戶要求，公司采用了以下幾方面的獨創工藝，使353130B軸承產品各項重要指標均達到要求，且批量后也相當穩定。

3.1 軸承內圈大擋邊采用帶有振蕩的高速磨削

353130B鐵路貨車軸承內圈大擋邊形狀為直線。它與滾子球基面為點接觸，其摩擦方式為滑動摩擦而且內圈擋邊是軸向力的主要承受區域，因此內圈擋邊的幾何形狀、粗糙度、擋邊角度誤差等各項技術指標均會對軸承的承載能力及使用壽命產生極大的影響。為了很好地解決上述問題，采用了高速振蕩磨削的方法對內圈大擋邊進行加工。這種加工方法提高了砂輪單個顆粒的耐用度，不僅改善了擋邊的表面粗糙度及磨削應力，而且降低了形狀誤差，同時在加工過程中能使磨削區域充分冷卻，減少了磨削燒傷。

3.2 外圈滾道、牙口一次成型磨削

353130B鐵路貨車軸承采用了整體短縮和緊湊型設計，因此軸承采用了較特殊的低摩擦的盒式油封，縮短了整體尺寸。這種密封方式，其固定件安裝在軸承外圈兩端牙口上，旋轉件安裝在內圈大擋邊外徑上，這樣保證了低摩擦扭矩，同時防止油脂泄漏及微振磨蝕顆粒和其他雜質進入軸承中。因此外圈牙口的加工精度會直接影響整套軸承的密封性能。

為了提高外圈兩滾道、牙口的加工精度，采用了外圈兩滾道、牙口一次成型的加工工藝，這樣有效地保證了兩滾道、牙口的加工精度，減少了兩滾道、牙口之間的相互公差，大大提高了軸承的制造精度。

3.3 外圈滾道、外徑一次超精

以前為了去除外圈支承印，一般在軸承加工時須在最后加一道外圓磨削工序，這樣勢必會影響軸承原始加工精度，使軸承加工精度有所波動。為了解決這一問題，采取了在最后超精外圈兩滾道同時超精外圈外徑以達到去除支承印而不破壞軸承精度。

4 主要研發內容及取得的成果

4.1 產品與國內外同行的比較

目前國內不少鐵路軸承生產企業都經過了不斷的技術改造和投入，有了多年的生產、技能經驗的積累，競爭也日趨激烈,唯有在設備、工裝、工藝上領先，才能贏得市場先機。

附表是相關企業重點工藝裝備情況的對比。

附表 相關企業重點工藝裝備情況的對比

4.2 成果的創新點、先進性及主要技術特點

4.2.1 創新點和先進性

(1)軸承結構尺寸的調整，基本符合國際產品技術標準。其中軸承的外圈牙口，由于是采用LL(迷宮唇式密封)型密封結構，其精度指標及產品形位公差都要高于國內標準，因此對于外圈的加工要求非常嚴格。

(2)新的優化設計的塑鋼保持器，可以獲得的好處包括減少摩擦，避免滾子打滑，減輕磨損以及降低運行溫度，同時可以提高安全性及不會造成卡滯的安全失效模式。

(3)改進的滾道微觀幾何形狀。特別是兩滾道的兩倍偏心指標對于制造工藝要求很高。

(4)新的低摩擦密封系統，采用低摩擦密封件，提高了對污染的防護能力，延長了油脂壽命，并具有更好更長的性能表現。

(5)采用傳統的接觸式橡膠密封設計，即卡緊式密封件。

(6)采用高性能油脂。

4.2.2 主要關鍵技術

(1)軸承采用EC設計，內圈擋邊為錐擋邊，內圈滾道為凸度形式，滾子端面為球基面，素線為對數曲線，大大提高了軸承壽命和可靠性。

(2)油封的固定件安裝在軸承外圈兩牙口上，旋轉件安裝在內圈大擋邊上，使軸承形成一個獨立的密封單元。

(3)軸承套圈采用滲碳淬火、二次淬火、回火方法。

4.2.3 技術特點

(1)新的優化設計的塑鋼保持器，減少摩擦，避免滾子打滑，減輕磨損以及降低運行溫度。

(2)改進的滾道微觀幾何形狀。

(3)采用低摩擦密封件，提高了對污染的防護能力，延長了油脂壽命。

(4)采用卡緊式密封件。

(5)采用高性能油脂。

4.2.4 項目技術成熟度

本項目已通過上海市重大技術裝備研制專項項目驗收。

主要結論：

(1)該項目采用自主研發、技術內容具有新穎性。

(2)產品經檢測，符合企業標準及用戶提出的技術要求，用戶反映良好。

(3)項目可以替代進口，具有良好的經濟和社會效益。

(4)產品主要技術指標與國際同類產品相當。

5 改造前后的企業經濟效益

353130B型鐵路貨車重載提速軸承技術改造項目的基本原則是充分用妥有限的資金，想方設法尋找一切可以利用的資源，通過再投入來解決技術工藝及生產能力擴展的瓶頸口，用以產生可觀的生產能力，達到有效的經濟利益。

目前，已形成年產15～20萬套的生產能力，2011年，僅鐵路軸承銷售收入25 866萬元，取得了相當可觀的經濟效益，同時也為國家鐵路運輸事業作出應有的貢獻。