我国轴承制造技术的现状及其发展趋势

1.滚动轴承套圈制造技术
1.1 锻造加工
轴承生产中，套圈毛坯质量的好坏，生产率的高低，都将对轴承产品的质量、性能、寿命以及企业的经济效益产生重要影响。毛坯留量的大小（包括毛坯的成型方式）决定轴承材料利用率，而毛坯尺寸分散度和几何形状精度差则是造成废品率高、不能自动化生产的主要原因。套圈毛坯有锻件、冷挤压、温挤压、棒料和管料等，锻件约占毛坯总数的85%左右，套圈毛坯锻造的劳动量约占轴承加工总劳动量的10%-15%。目前中小型套圈用锻件来加工的比重有加大趋势。
目前，国内套圈锻造以热锻为主，以压力机锻造-辗扩成型生产线为主。锻造加热采用煤、油和电加热。加热火耗损失为1%-3%，表面脱碳层深度为0.3-0.4mm，材料利用率为40%-50%。20世纪八十年代，有些轴承企业在小型轴承套圈上推广了冷挤压工艺，对外径80-130mm的套圈采用温挤压工艺，外径小于80mm的套圈采用冷辗工艺（目前行业上以扩大到150mm一下），材料利用率达到60%以上。
我国相继引进了16条高速镦段机生产线，推动了轴承行业锻造水平的技术进步，加快了毛坯专业化生产过程。高速镦锻工艺目前已成为国际上轴承套圈锻造的主要工艺，其采用感应加热至始锻温度，在高速顿锻机上完成切料、镦饼、成形和分离等工序，使用于大批量生产。高速镦锻工艺生产效率高，锻件尺寸精度高，表面质量好，能降低留量，提高材料利用率。
综上所述，我国轴承锻造毛坯发展方向应为：进行专业化经济规模生产，便于采用国际先进技术，如高速镦锻工艺、精密冷辗扩工艺、控制气氛等球化退火工艺等，采用先进工艺可以将目前轴承行业40%的材料利用率提高至54%-60%，经济效益可观。
1.2 车削加工
车削加工是金属切削加工的重要组成部分之一，在机械制造业中应用最为广泛，占有十分突出的地位。目前，我国中、小型轴承套圈大多采用多刀半自动、全自动车床对锻件进行车削加工。加工方式有机群分散工序和集中工序。
在国外，目前套圈车削加工采用的有集中工序，也有分散工序法。集中工序法多用于结构形状复杂的零件，采用数控车床一次装夹定位，机床配备有刀具库，加工中，各工序通过精确地程序设计完成，产品精度受人为因素影响较小。分散工序法多用于大批量单品种的加工，采用自动化连线的方式加工。广泛使用的刀具是硬质合金涂层机夹刀片，其切削速度达到140-250m/min，生产效率明显高于国内。采用了先进的毛坯加工技术，因此国外毛坯留量小，尺寸分散度小，车削加工一般为单循环完成，有效地缩短了加工周期。
因此，发展能实现强力切削、刚性好的套圈车削专用车床，发展加工质量好、效率高的微机控制和自动控制车床，以及适合大批量单品种生产的自动化车削生产线，是车加工的发展方向。此外，发展硬质合金机夹可转位刀具、表面涂层刀具、金属陶瓷刀具等高效刀具，以及实现自动更换刀片、自带断屑装置等刀具监控系统，也是车加工研究的一个方向。
1.3 磨削、超精加工
轴承生产中，磨削加工劳动量约占总劳动量的60%，所用磨床数量也占全部金属切削机床数量的60%左右。磨削加工成本占整个轴承生产成本的15%以上，因此，磨削加工是轴承生产的关键工序。
目前国内轴承行业的一般磨削、超精工艺过称为：
外圈：平面磨削- 外径磨削-沟（滚）道磨削-沟（滚）道超精
内圈：平面磨削-内外径磨削-内径磨削-沟（滚）道磨削-沟（滚）道超精
在实际生产中，视产品精度要求在以上过程中增加附加回火工序，或对各表面进行二、三次循环加工。磨削过程多采用单机加工，较好的企业建有自动化生产线。改革开放以来，我国轴承行业有了较快发展，特别是磨超生产工艺有了较大改进，如沟道切入磨代替了摆头磨，双端面磨、宽无心外圆磨削、沟（滚）道超精工艺及支沟磨沟工艺已普遍应用，告诉磨削也开始应用。但是相对国外轴承磨超加工，我们还存在较大差距，在国外先进的轴承制造企业，端面、外径磨削采用CNC数控自动送料，在线自动测量、自动补偿，磨削速度达45m/s。沟道、内径磨削已全部采用CNC数控机床，生产过程实现全线自动化，全部工序由计算机集中控制，所有工艺参数和生产节拍严格按照图纸设计控制，砂轮线速度达到60m/s。SKF磨加工工序的内沟磨削速度已达到120m/s。特别是使用性能优良的CBN砂轮，使生产效率明显提高。
轴承套圈磨削的发展趋势，集中体现在以下几个方面：
（1） 对轴承磨床，进一步实现单机自动化，确保实现高速磨削、自动测量，使其能直接进入自动线并可靠工作。
（2） 磨加工生产要有步骤、有组织地发展自动化生产线。目前，世界主要轴承公司磨加工自动化程度很高，大批量产品均采用自动线组织生产，而采用自动化生产线，投资少、见效快，易于稳定生产。
（3） 发展相关技术。如各种新型家具、高速砂轮、超精油石、冷却液及润滑油、数控元器件等，不断提高工艺装备的自动化水平。
（4） 发展检测仪器。检测水平在一定程度上反映了行业水平，在轴承行业应发展高效、精密适合于自动线使用的主动测量和线外专项自动检测仪器。
（5） 开展复合磨削研究工作。复合磨削具有合并加工工序减少装夹次数、提高加工精度的优点，因此，国外不少磨床都具有合并加工工序的功能，为赶上国际水平，必须开展这方面研制工作。2.滚动轴承滚动体制造技术
2.1 钢球加工
钢球在球轴承中是承受载荷并与轴承的动态性能直接相关的零件。钢球的加工工艺应首先满足其成品标准要求，还应使钢球成品在在轴承元件中具有尽可能高的寿命、低的噪声、小的摩擦力和高的可靠性。钢球的加工工艺相对成熟。目前国内钢球制造工艺的原理和方法差异不大，工艺流程大体都是：原材料检查-钢球毛坯制造（冷、热镦，冷热轧制）-光球-热处理-硬磨-强化处理-初研-精研-清洗-检查-涂油包装。归于毛坯制造过程，一般直径在1英寸（25.4mm）以下的钢球采用冷镦工艺，直径在1英寸以上2英寸以下的采用热镦或热轧，直径在2英寸以上的采用车削或热锻。
工艺过程中，较明显的变化时采用光球工艺取代锉削、软磨工艺，虽然目前钢球的制造工艺过程与国外先进企业相似或相近，先进工艺也在逐步应用，但是整个行业发展很不均衡，特别是成形工序在生产效率、成型误差、产品总留量上都与先进水平有着较大差距，热处理和精研工序也有一定的差距。
钢球加工工艺的发展趋势主要集中在轧制工艺、树脂砂轮磨削工艺、钢球表面强化处理、热处理自动线加工和新型水剂研磨液的应用。1英寸以上钢球可采用轧制工艺。采用轧制工艺钢球尺寸精度高（一般可达0.05-0.09um）且无环带，材料利用率高（比冷镦可提高20%），生产效率高（能达到热镦的5倍），具有较高的强度和良好的尺寸稳定性，轧制球坯具有金属流线分布均匀，寿命长等众多优点，但轧辊设计制造比较复杂，轧辊材料成本较高。树脂砂轮磨研工艺，以磨代研对钢球进行终加工，能较稳定地提高钢球精度及表面质量，改善钢球的动态性能，特别是对降低振动值起到关键作用，同时对轴承合套异常声也有明显改善。用此技术加工钢球磨削均匀，克服了用铸铁盘研磨添加研磨剂不均匀而影响钢球质量的人为因素，同时树脂专用磨削液污染小，加工后的钢球表面易于清洗，且生产效率有较大的提高，大大降低了成本。
2.2 滚子加工
理论上，滚子与滚道的接触是线接触，所以滚子承受的载荷较大，实际使用和试验均表明滚子是滚子轴承中最薄弱的零件，滚子的制造质量对轴承的工作性能（如旋转精度、振动、噪声和灵活性等）均有很大影响，是影响轴承使用寿命的主要因素。
我国滚子生产在滚子设计、工装设计、工艺编制和检测规程等各方面受传统模式的束缚，在设计思想和设计理念上存在差距，缺乏创新求变的意识，缺乏细致的研究和系统的综合分析。设备、工装、原材料、管理水平、工序质量控制能力受传统习惯的制约，导致滚子生产工艺路线长、加工留量大、加工遍数多、上下料次数多。生产设备陈旧、工装工具多年没有改进，生产工艺落后，原材料浪费，生产成本增加，工艺合理性差，滚子、滚针装备与工艺水平是轴承行业内较落后的。直径Φ24mm以下的圆柱滚子、圆锥滚子和调心滚子的毛坯成形基本上采用Z31-25、Z31-13冷镦机，采用盘料或直条料的开式切料，一次成形的形位公差和尺寸散差大，综合材料利用率低。后工序加工（硬磨）国内普遍使用M1080、XF004一般滚子专用磨床，就圆锥滚子而言，其产品加工精度一般达到JB/T10235规定的Ⅲ级精度质量水平。
国外先进的加工方法多为成行工序使用高速双击冷镦机成形，封闭切料，成形公差小，留量小，综合材料利用率高。例如直径小于32mm的滚子成形误差≤ 0.1mm，生产效率60-200次/min，Φ32mm以上时，采用车削成形加工。后工序加工（硬磨）采用高速高精度全自动磨床，产品质量水平在圆度误差、批直径变动量、圆锥角变动量的精度上与国内相比均提高1倍，表面粗糙度水平提高4倍以上，圆锥滚子综合精度稳定达到JB/T10235的Ⅰ级精度水平，SKF滚子已达到规定的0级水平。
对于圆柱滚子外径磨削，国产设备基本达到产品要求，但端面终磨和精研设备精度难于满足加工Ⅰ级滚子的要求，特别是端面跳动和表面粗糙度的要求距世界先进企业仍有较大差距。
按轴承行业“十五”规划目标，经新一轮的技术改造后，要求精密滚子到达Ⅰ级，稳定批量达到Ⅱ级，实现滚子设备标准化、工艺标准化、以及工装标准化。专业滚子生产覆盖率达50%，凸度化率达70%，外径超精普及化率达50%，球基面无磁磨削普及化率60%，圆锥滚子Ⅱ级精度以上达到60%，圆柱滚子Ⅱ级精度以上达到75%.当前国滚子生产还不能完全达到这个要求，为了提高滚子质量，应尽快组织专业化结构调整，发展一批具有一定规模的专业化滚子生产骨干企业。推广新技术、新工艺、新装备、新的管理方法，完善和推广滚子联线加工工艺、对数曲线工艺、弧端面工艺、光饰工艺、喷丸加工工艺、可控气氛热处理工艺、表面强化工艺等，进一步扩大新型模具材料、磨削液、滚子清洗、退磁、干燥、涂油联线设备，滚子表面光饰机，滚子表面强化机及滚子高效喷丸处理机床的开发。