軸承滾子加工工藝及現(xiàn)狀分析

■瓦房店軸承集團公司工程中心（遼寧 116300）劉家駿

■瓦房店軸承股份有限公司（遼寧 116300）于曉巖

在軸承產(chǎn)品零件加工中，有些人多少存在一種重成品、輕配件的觀念。滾子的加工質(zhì)量水平存在一定的差距，滾子對軸承質(zhì)量影響之大，直接影響到整個軸承的使用性能、壽命和可靠性。滾子作為軸承的主要部件之一，全項質(zhì)量指標和穩(wěn)定性仍有較大差距。為了實現(xiàn)滾子軸承的減振降噪，提高軸承的壽命和可靠性，針對軸承滾子生產(chǎn)狀況，提出需要關(guān)注的幾個問題，并對軸承滾子加工質(zhì)量中存在的問題分析如下。

1. 軸承滾子加工現(xiàn)狀

目前，軸承滾子的加工現(xiàn)狀為：

（1）精密Ⅰ級、Ⅱ級圓錐、圓柱軸承滾子不能批量生產(chǎn)。市場對D級、C級精密軸承的需求量越來越大，但是精密軸承的大批量生產(chǎn)對軸承滾子來說，難度較大。僅是與精密軸承配套的Ⅰ級、Ⅱ級滾子的批量加工，在滾子加工過程中就困難重重。目前也只能小批量加工一些Ⅱ級圓錐、圓柱軸承滾子，并且是要從所加工的軸承滾子中挑選出一部分Ⅱ級品軸承滾子，能夠加工0級、Ⅰ級軸承滾子的品種極少，還不能形成批量生產(chǎn)。

（2）普通Ⅲ級滾子精度的穩(wěn)定性差。軸承中使用最多、最廣的Ⅲ級滾子約占70%～80%。但是，普通滾子的尺寸、精度狀況也不穩(wěn)定，特別是球面軸承滾子尺寸、精度方面的問題急需解決。整批滾子的尺寸精度和幾何精度的一致性及穩(wěn)定性較差，這種狀況就給滾子軸承的減振降噪和軸承壽命帶來了很大的不確定性。這主要與現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)和管理水平參差不齊、設(shè)備狀況差異較大以及大部分采用單機加工等有較大的關(guān)系。

（3）軸承滾子加工技術(shù)及其工藝裝備方面存在問題。作為組成軸承的四大部件之一，滾子一般與軸承配套加工，軸承滾子的加工大多采用單機、多工序、多工步加工，有些環(huán)節(jié)加工機床精度差、穩(wěn)定性差，所加工的軸承滾子存在尺寸散差大，幾何精度不統(tǒng)一、不穩(wěn)定等問題，導(dǎo)致生產(chǎn)出來的軸承狀態(tài)不一致、壽命不穩(wěn)定。所加工的滾子精度穩(wěn)定性也不一致，仍然存在批滾子尺寸散差大、某些技術(shù)指標時好時壞的現(xiàn)象。

（4）一些企業(yè)存在超負荷突擊生產(chǎn)現(xiàn)象。存在著某種軸承在市場需求量劇增的情況下，車間超負荷運轉(zhuǎn)生產(chǎn)的情況，潛伏著在今后的生產(chǎn)中機床精度急劇下降的危機。在生產(chǎn)超負荷的短期生產(chǎn)壓力下實行的突擊生產(chǎn)狀態(tài)，以降低機床的精度為代價完成生產(chǎn)任務(wù)，這種不利因素將在以后的生產(chǎn)中逐漸凸顯出來。

2.軸承滾子加工存在的問題

軸承滾子制造無論從裝備水平、技術(shù)水平上，還是軸承滾子的實物質(zhì)量方面都存在差距，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）軸承滾子的產(chǎn)品設(shè)計和加工工藝方面：產(chǎn)品設(shè)計人員在軸承滾子設(shè)計、工裝設(shè)計、工藝編制和檢測規(guī)程等方面，存在設(shè)計思想和設(shè)計理念上的差距，缺乏創(chuàng)新求變的意識，軸承滾子產(chǎn)品的設(shè)計水平基本上處于保守設(shè)計狀態(tài)，同時受設(shè)備、工裝、原材料、管理水平、工序質(zhì)量控制能力和傳統(tǒng)習(xí)慣的制約，導(dǎo)致軸承滾子生產(chǎn)工藝路線長、加工留量大、加工遍數(shù)多、輔助工序多以及工裝工具多年沒有改進，造成原材料浪費，生產(chǎn)成本增加，工藝合理性差。同時，尺寸十分接近的滾子加工過程中，很容易混串，增加了管理的難度。對滾子的通用性考慮得較少，往往考慮軸承的載荷更多一些。在實際加工時，頻繁地換活、調(diào)整，也是產(chǎn)品質(zhì)量難以穩(wěn)定的原因之一，同時，給管理方面帶來極大的負擔(dān)。設(shè)計各類工、夾量具，不但加工費用很高，而且給設(shè)備的穩(wěn)定性和精度帶來不良影響。這種現(xiàn)象是使企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量得不到提高的重要原因之一。

（2）軸承滾子的加工裝備方面：球面軸承滾子加工可選用的設(shè)備并不多，對于某些尺寸段的圓柱、圓錐和調(diào)心軸承滾子的批量加工，成形工序基本上仍采用普通的冷鐓機，也采用普通壓力機成形，材料變形大，一次成形形位公差和尺寸大，外觀質(zhì)量差。

（3）球面軸承滾子加工精度方面：設(shè)備精度低導(dǎo)致球面軸承滾子工序間存在著形位公差“中間松”，使工序間難以達到工藝要求的窘?jīng)r，集中在終磨工序修改，導(dǎo)致終磨加工勉強達到Ⅲ級球面軸承滾子精度，嚴重制約了軸承整體質(zhì)量。

（4）軸承滾子檢測儀器和檢測方法方面：檢測儀器和檢測水平相對落后，軸承滾子的質(zhì)量控制主要依靠加工后把關(guān)檢驗，大部分專職檢驗人員采取傳統(tǒng)的檢驗手段和方法進行質(zhì)量把關(guān)，軸承滾子合格品是“人海戰(zhàn)術(shù)”檢驗選出來的，而不是在加工過程中有效控制加工出來的。檢查軸承滾子有些工序所用儀表附件已經(jīng)陳舊，沒有及時更換，影響軸承滾子檢測的準確性。產(chǎn)品質(zhì)量觀念淡薄是根本所在。

3.產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計改進方向

軸承滾子的產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計要從以下幾方面加以改進。

（1）采用先進的設(shè)計思想設(shè)計加工工藝。先進的設(shè)計思想主要表現(xiàn)在以下幾點：①軸承滾子產(chǎn)品的通用性強，在軸承尺寸及承載能力、結(jié)構(gòu)相近的情況下，采用同一種軸承滾子為滾動體，十分有利于軸承滾子的批量加工和質(zhì)量控制。②產(chǎn)品設(shè)計人員設(shè)計綜合素質(zhì)高，可以在軸承滾子成品產(chǎn)品圖上標注明確，滾子的幾何精度及測量方法、形位公差、表面狀況、倒角的尺寸及接觸角，以及熱處理狀況等十分詳細，這對軸承滾子在加工時工藝如何安排和滾子如何測量提供了很直接的依據(jù)。③軸承滾子圖樣中有關(guān)尺寸的標準化和系列化。有時接到的圖樣，需求的是一系列軸承滾子，只出一張圖，其他以列表的形式出現(xiàn)，這對在一條生產(chǎn)線上批量加工時的安排很有利。④對一些特殊要求做出了詳細說明，如凸度軸承滾子的凸度大小、輪廓形狀、測量點及測量位置等，這樣對軸承滾子特殊要求的控制變得相對容易。而我們現(xiàn)行軸承滾子有些圖樣僅要求凸度或?qū)?shù)曲線（方程），使?jié)L子工藝人員或加工者在控制時不知所措。

工藝設(shè)計要從軸承滾子的類型、加工方式、生產(chǎn)批量、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)周期和成本等多方面來考慮，盡量不要重復(fù)設(shè)計工裝。軸承滾子的加工工藝設(shè)計，應(yīng)包括軸承滾子加工尺寸、加工流程、機床名稱、技術(shù)條件及生產(chǎn)批量，這樣可讓使用者一目了然。工藝員在設(shè)計工裝時，可以根據(jù)批量的大小，采取最佳的、可節(jié)省工裝的設(shè)計方案。

（2）提高軸承滾子裝備精度，保證滾子加工質(zhì)量。需要解決軸承滾子生產(chǎn)線問題，包括軸承滾子的上、下料實現(xiàn)自動化，機床的在線檢測和自動進給與補償，以及成品滾子的盛裝。為了能在軸承滾子的加工工藝上有所突破，應(yīng)采用高線速度、寬砂輪的磨削方式。為此，必須減少軸承滾子在下料過程中的磕碰傷。

（3）改善軸承滾子檢測水平。軸承滾子的測量比較落后，定性測量項目還很多，盡管我們采用了定量測量，但測量方法和效果很不統(tǒng)一，導(dǎo)致滾子檢查結(jié)果差別很大，合格與不合格的Ⅲ級軸承滾子精度存在0.5～1.0m的差值，存在很大爭議，給軸承滾子的檢測和驗收帶來極大的不便。因此，對定性測量項目，無論從標準上，還是在實際加工中，必須有統(tǒng)一的方式方法和檢測手段。

4.需要關(guān)注的幾個方面

關(guān)于軸承滾子的加工，有以下幾方面需要特別予以關(guān)注。

（1）注重工藝“細節(jié)”理念，提高軸承滾子實物質(zhì)量。軸承滾子在設(shè)備短線連線方面進步較大，還應(yīng)該樹立工藝、工裝管理和“細節(jié)”理念，這對軸承滾子質(zhì)量進一步提高將產(chǎn)生很大的影響，在其他條件具備的情況下，甚至是決定性影響。如工藝過程控制、工藝過程設(shè)備等。細節(jié)決定成敗，工藝“細節(jié)”決定著軸承滾子質(zhì)量差距，關(guān)注和改進的細節(jié)越多，差距應(yīng)越小。根據(jù)軸承滾子的精度要求選擇不同的工藝，可形成多種軸承滾子工藝并存的良好局面。

（2）加工機床、工裝、工藝和人的素質(zhì)的良好結(jié)合。采用貫穿法磨削軸承滾子時，螺旋導(dǎo)輪是一件非常重要的工具，軸承滾子定位精度、螺旋導(dǎo)輪的安裝精度及維修精度將直接影響軸承滾子的加工質(zhì)量，應(yīng)引起工人、特別是維修鉗工人員的充分重視，這就應(yīng)更加關(guān)注維修鉗工、維修電工的主觀積極性。使機床、工裝與工藝良好地融為一體。工裝磨具的改進，工藝“細節(jié)”的完善，注重工藝重點“細節(jié)”，同樣是改善軸承滾子質(zhì)量的有效途徑。有針對性地對員工定期進行有效的理論、操作技能培訓(xùn)，從根本上提高員工的自身素質(zhì)以及重視產(chǎn)品質(zhì)量的理念。

（3）繼續(xù)壓縮滾子留量是永恒的主題。我們選擇少數(shù)量的沖壓軸承滾子進行壓縮留量試驗，將試驗廢品降到最低程度。中小軸承滾子冷鐓留量由原來的0.45～0.50 mm，壓縮到0.35～0.40 mm，僅此材料利用率粗略估計可提高5%～10%。但熱處理的脫碳層是制約軸承滾子壓縮留量至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，壓縮沖壓滾子留量、減少磨削遍數(shù)是滾子加工工藝永恒的主題。這是一個持續(xù)幾代人的話題，提高滾子模具壽命及控制模具脹量是一個急需解決的“瓶頸”問題。

（4）模具制造精度較差，亟待改進。專業(yè)模具制造加工工藝落后，模具內(nèi)部缺陷造成沖壓軸承滾子后被“復(fù)映”在軸承滾子小頭倒角上，直接影響壓型滾子質(zhì)量，已經(jīng)制約了壓型滾子質(zhì)量。國內(nèi)某模具公司制作沖壓滾子模具，模具體外側(cè)的非工作表面粗糙度質(zhì)量，都比我們生產(chǎn)的模具內(nèi)孔工作表面粗糙度質(zhì)量還好許多，兩者相比反差太大，很值得我們借鑒、學(xué)習(xí)。應(yīng)尋找合作公司采用新型的具備耐磨、耐沖擊和耐疲勞性能的模具材料。

（5）軸承滾子先進檢測技術(shù)的推廣。在完善傳統(tǒng)檢測方法和技術(shù)的同時，采用先進的檢測技術(shù)和儀器，比如波紋度儀等，但目前這只是應(yīng)用在極少數(shù)重點產(chǎn)品的加工中，滾子軸承的減振降噪和提高軸承的壽命與可靠性仍是我們攻關(guān)的主題。檢查滾子的各種儀器精度，更換儀器校正和安裝儀器時是否正確十分重要，這一點在實際生產(chǎn)中十分必要。

（6）滾子硬車倒角工藝值得關(guān)注。滾子硬車倒角時，局部瞬間產(chǎn)生的高溫直接影響到滾子兩端外表面的硬度變化，容易造成滾子倒角表面硬度不均勻。當(dāng)軸承加有載荷條件下，滾子外表面與滾道磨損消耗程度差異很大，從圖1中可以明顯看出滾子小頭嚴重疲勞剝落，并且逐漸向滾子大頭外徑延伸。而外圈滾道與滾子小頭相對應(yīng)的地方也出現(xiàn)嚴重的疲勞剝落（見圖2）。這些現(xiàn)象是否與硬車滾子倒角瞬間高溫有關(guān)？需要大家在今后的加工過程中充分觀察、進行試驗來驗證，應(yīng)該引起我們的高度關(guān)注。不能只注重產(chǎn)品外觀質(zhì)量，卻忽視了軸承零件的內(nèi)在質(zhì)量。

圖1 滾子外徑磨損狀態(tài)圖

圖2 滾子與外圈滾道相對應(yīng)處磨損狀態(tài)圖

5.結(jié)語

通過以上論述，希望能夠?qū)S承滾子技術(shù)改造起到一定的促進作用，盡快提高軸承滾子的實物加工水平，與D級、C級軸承精度要求相匹配，與精密級軸承精度同步發(fā)展，從而提高軸承質(zhì)量的穩(wěn)定性。同時，軸承企業(yè)要注重進口設(shè)備和培養(yǎng)高素質(zhì)人員來操作設(shè)備相結(jié)合，才能達到先進的設(shè)備加工出一流產(chǎn)品的目的，為企業(yè)創(chuàng)造最大的經(jīng)濟效益。