专利名称：微小型直线轴承及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种直线轴承，特别是由金属薄板拉伸成圆筒套圈的微小型直线 轴承及其制造方法。
背景技术：
直线轴承的圆筒套圈采用Grl5轴承钢管精密轧制成圆弧型异型管，经落料 切断，再由机床对内外径、滚道台阶和内外槽切削加工，进行热处理以达到规定 硬度和机械强度，然后由磨床对其内外径进行粗精磨削，再由研磨机对内径研磨 达到公差精度要求，对两端面进行平面磨削，这样圆筒套圈加工才算完成。由于 直线轴承的圆筒套圈采用轴承钢管，用材多，加工工序复杂，难度大，公差精度 难控制，质量难保证，造成产品加工周期长，生产成本高，且圆筒套圈内径钢球 滚道与钢球接触为点接触，接触面小，如重载荷时对轴容易出现划痕；运行时间 过长时也易损坏直线轴承，从而縮短使用寿命。
发明内容
本发明是针对目前普通直线轴承圆筒套圈采用轴承钢异型管加工，每套金属 材料消耗大，加工工序多，难度大，且生产周期长，质量难控制，为此设计一种 加工简单，生产周期短，可提高生产效率和减少制造成本的制造方法及个体结构 小巧，重量轻的微小型直线轴承。
本发明采用以下技术方案实现上述目标。
微小型直线轴承，包括圆筒套圈、塑料保持架和钢球，其特征是圆筒套圈由 金属板冲切拉伸成型，在圆筒套圈上沿轴向设4 8条等距离相互平行的钢球滚 槽，塑料保持架的腔壁上设有与圆筒套圈上轴向滚槽相对应的椭圆形滚道，圆筒 套圈的两端为向内弯成中间开口的圆环面。
微小型直线轴承的制造方法，其特征包括以下步骤
1、圆筒套圈采用低碳冷轧钢板，用冲切模具和精密拉伸模具在冲压机床和 液压机床冲切和三次拉伸变薄成圆筒套圈坯体，并对底面冲孔和缺口、上端平头 后再在圆筒套圈坯体轴向上冲切几条轴向滚槽，再经抛光机抛去毛刺，后经碳氮
共渗热处理在上端回火软化处理再整形清洗，完成圆筒套圈加工制作；
2、 塑料保持架采用工程塑料以配套注塑机和各规格模具注塑成型；
3、 钢球级别为10级，规值为土10之间；
4、 将上述经检验合格的圆筒套圈、塑料保持架、钢球进行组合装配后，在 一端冲压中间开口的圆环面，最后再采用精密灵活芯棒扦到孔径里，并在气压夹 紧装置上用气压对内径球组进行调整至顺畅灵活。
微小型直线轴承的圆筒套圈是本发明的关键部件，选用优质冷轧钢板，通过 冲切模具和精密拉伸模具在冲压机床和液压机床上经一次冲切、三次拉伸成型， 在底端封闭的圆筒套圈体上冲压中间开口的圆环面，再对圆筒套圈坯体轴向采用 精密冲切模具在精密冲压机床上冲切等间距的平行滚槽，再去毛刺。然后经碳氮 共渗热处理和清洗，在装有精密芯棒的冲压机床上进行整体整形。
本发明采用无切削加工工艺，省料省工，縮短生产周期，提高生产效率。在 节省生产成本基础上与普通直线轴承比较，同样规格每套体积缩小30%，重量减 少50%，是典型微小型系列直线轴承，同时还节省圆筒套圈优质钢材60%，每 套节省成本40%，并能广泛应用于轻小型机械设备及仪器，在使用中可保持普通 直线轴承的性能和功能，在性价比等指标上大大优于普通直线轴承。
图1为微小型直线轴承结构图，其中A为轴向半剖面图，B为径向半剖面图。 图2为圆筒套圈结构图，A为轴向剖视图，B为径向剖视图。 图3为塑料保持架结构图，A为轴向半剖视图，B为径向半剖视图。 图4为圆筒套圈工艺过程示意图，A为落料冲切，B为第一次拉伸，C为第
二次拉伸，D为第三次拉伸，两端拉斜面，E为D的轴向剖面图，F为弯压开口
圆环面，G为冲切滚槽。
具体实施例方式
微小型直线轴承结构如图1所示，包括圆筒套圈1、塑料保持架2和钢球3， 由金属板冲切拉伸成圆筒套圈，在圆筒套圈上沿轴向设4 8等距离平行的钢球 滚槽5，套在圆筒套圈1内的塑料保持架2的腔壁上设有与圆筒套圈1上轴向滚 槽相对的椭圆形滚道4。
塑料保持架的原材料为工程塑料，选用优质聚甲醛树脂，由于聚甲醛的硬度 和强度比其它塑料高，且价格适中，在注塑成型中收縮变形小，注射成型率高， 是较合适制造塑料保持架的理想原料。
制作塑料保持架的模具中型腔型芯材料，选用强度大，表面耐磨耐热耐腐性 好，热处理变形小的合金钢牌号为3Gr2W8V模具钢制造型腔型芯，后经高温热 处理，加中温回火处理，使其达到耐热性好，耐冲击，耐磨性强，使用寿命长。
塑料成型机可选用销模力为60KN-100KN，型号为YJ80/60精密型塑料成型 机。注塑方法为常规注射工艺，先把合格原材料在烘箱烘燥，并对产品模具上下 模分别安装到规定塑料成型机的工作座上。模具先进行预热，达到规定温度后就 可进行注射工作，温度时间都由自动控制仪自动控制操作，对注塑成型的塑料保 持架经冷却后进行去毛修边。为了提高成品精度，增强耐热性和抗冲击性，防止 制成品开裂变形，保证公差精度稳定，对制成型的塑料保持架进行低温热处理， 在烘箱加热到8(rC 10(TC，时间为l小时左右，以保证塑料保持架成品质量稳 定。
圆筒套圈的结构如图2所示，圆筒套圈1外圆周面上轴向设置4 8条等距 离平行的钢球滚槽5，在圆筒套圈1内壁的钢球滚槽5之间为稍微凸起的内圆弧 面6，其两端为向圆筒套圈开口端倾斜的斜面7、 7'。圆筒套圈l两端为向内弯 成的开口圆环面IO、 11,其中一个圆环面10上设有与塑料保持架端面的凸块9 相嵌合的缺口 8。
圆筒套圈制作过程如图4的A G所示，为使圆筒套圈形状结构达到设计要 求的公差精度，由冲切模具与精密拉伸模具在冲压机床和液压机床上进行流水化 作业，以提高工作效率，采用无切削加工制造，包括以下步骤
1) 、采用优质低碳钢冷轧钢板，牌号为DC04或DC05，规格根据产品大小 分为厚度为1.2mm禾B 1.8mm两种，用冲切模具在压力为10吨位的冲压机床上冲 切为留有一定余量的圆形坯体，图4A;
2) 、将上道落下的圆形坯体放到装有拉伸模具的35吨位冲压机床上第一次 拉伸，拉伸长度为圆筒套圈总长度的25 35%，图4B;
3) 、将经过第一次拉伸后坯体放入装有拉伸模具的60吨位的液压机床上进 行第二次拉伸，拉伸长度为圆筒套圈总长度80 90%，图4C;
4) 、经过二次拉伸圆筒套圈坯体会产生硬化、脆性的内应力，为消除内应力 缺陷，必须进行一次去应力软化回火，回火炉为封闭井式炉，回火温度500 600 °C，当温度达到后保温1小时出炉，在空气中冷却，并对圆筒套圈坯体用清洗液 清洗表面，使其表面光洁无杂质；
5) 、将经回火处理过的圆筒套圈坯体进行第三次拉伸，在60吨位液压机床
上安装拉伸与变薄一体的精密模具，拉伸长度为圆筒套圈总长度的105 110%， 对圆筒套圈的两端的15 20%长度位置进行逐步变薄成斜面，中间60 70%凸 起，斜面高度差为0.05 0.1mm，中间凸起6的圆弧面是钢球运动滚道，两端斜 面7和7'为钢球在弯道达到顺利过渡运动，图4D和E;
6) 、对经三次拉伸后圆筒套圈，开口端面进行端面平整，达到产品设计的规 定长度；
7) 、将经过平头平整后圆筒套圈在装有冲裁模具的10吨位冲床上对其底端 中间冲压开口圆环面IO和圆环面上的定位缺口 8，冲孔直径比钢球直径规格大 0.1mm 0.2腿，图4F;
8) 、将已冲压出圆环面的圆筒套圈在装有精密深筒多侧冲槽模具的15吨位 精密冲床上进行冲切滚槽，根据设计产品大小每个圆筒套圈的轴向有4 8条等 距离平行的滚槽5，图4G;
9) 、对已进行冲切滚槽的圆筒套圈进行去除毛剌和整边，在GST振动抛光 机上采用3 5mm微小研磨粒和研磨液进行修边去毛清洁，每箱装30 50KG， 抛光时间为30 40分钟，达到光洁无毛刺，表面粗糙度达到0.8um;
10) 、对经过表面抛光处理后圆筒套圈进行碳氮共渗热处理，把圆筒套圈放 到碳氮共渗炉，温度为820 870°C，保温时间为1 1.5小时，然后在同温下再 进行真空热处理，再在16(TC 180'C低温回火，达到表面硬度HV660 79(T ， 渗碳层厚度为0.2mm 0.3mm;
11) 、为防止圆筒套圈在装配成品后，上端面过硬封口出现裂纹或表面粗糙 不平，影响外观的质量，因此对封口上端面长度为5mm 8mm，采用小型高频 感应加热器对其进行快速回火软化处理，使硬度降低到HB150~200° ;
12) 、以上为防止热处理及回火后的变形、超差，对圆筒套圈在15吨位冲床 上采用特种模芯进行整体整形，达到公差要求；
13) 、对以上圆筒套圈再次进行表面粗糙度处理，具体由GST振动抛光机， 采用4> 3 d) 5磨料加研磨液和光亮剂，每箱装重量40 50KG，抛光研磨时间30 40分钟，使表面光亮无杂质，粗糙度达到0.4um:
为使圆筒套圈达到加工精度等级，形状公差和内外表面粗糙度等要求，对原 材料的选用较为重要，采用国产优质宝钢产的冷轧钢板，牌号为DC04和DC05; 国外如日本产的ST14或ST15优质冷轧钢板都可用，该材料强度不大，而塑性 和韧性甚高，有良好的冲压延伸性能，适宜为超深拉伸，在拉伸系数较小条件下，
拉伸后不开裂，且价位适中，是做圆筒套圈的良好材料。
另外由于圆筒套圈内径公差《0.02mm,壁厚差《0.02mm，粗糙度为0.4 u m， 这样精度要求在无切削加工中属难度较大的产品，因此对各模具工艺改进，特别 是各种拉伸模具，选用耐磨性好，耐冲击性强，硬度高的硬质合金材料，牌号为 Gr20材料制作模具，因该材料硬度》HRC8(T ，而通常冷作用模具材料铬合金 钢，牌号为Grl2，经热处理后硬度为HRC60 62。。所以合金在制作中有一定 难度，改变常规制作模具工艺，采用精细加工，达到符合各工序加工要求，并在 加工中把牢以下几点关键工艺点
关键工艺之一在第三次拉伸加变薄加工工艺中，对该模具在以上模具加工 工艺外，还增加精研精抛光等精加工工艺，使模具最后精度公差《0.05mm，模 具工作面粗糙度《0.2 u m。有了模具精度的保证，才能使加工产品质量得到保证。 同时还可延长模具使用寿命。另外配备与模具相匹配的加工机床，由精度高的 YF-60型四柱液压机床进行拉伸和变薄加工，使两端斜面为钢球在弯道能顺利过 渡，同时使圆筒套圈整体公差和壁厚差达到设计要求。
关键工艺之二对圆筒套圈的轴向滚槽的冲切加工，如冲切槽超差或位置间 距超差移位，不符合公差要求时，钢球在滚槽上直线运行时运行不灵活或产生阻 滞现象，不能进行正常工作。同一个的轴向滚槽宽度公差《0.05mm，各滚道槽 间距公差《0.10mm，因此采用圆筒套圈上的轴向精密深筒形多侧冲切模具，在 15吨位精密冲床上进行冲切滚道槽，对模具材料中关键刀口模采用高速工具钢， 牌号为W18Gr4V材料制作。该材料经热处理后，硬度为GRC64 68。。其硬度 比普通刀口模，牌号为Grl2高出10%，在热塑性和耐磨性都优于普通刀口模， 使用寿命可提高50%，同时还可保证冲切滚道槽精度和质量的稳定。
关键工艺之三圆筒套圈、塑料保持架、钢球三种零件组合装配成品后的最 后一端圆环开口面工艺。首先对有较高硬度的圆筒套圈一端面作回火软化处理工 艺，采用微型高频感应加热器，其型号为CX2030C，该设备能对圆型小零件进行 表面热处理和回火，还具有焊接刀具小零件功能。在回火操作中，设备发热源上 可安装不同形状及大小的感应圈，高频频率可调整，温度可调到所需范围；对圆 筒套圈软化回火，温度为450 550°C。且在操作中有专用夹具和进给机构，回 火时间也可调整到合适位置，并由专人负责操作。以通过感应加热器回火的圆筒 套圈一端面的5mm 8mm位置硬度保持在HB150 200° 。然后用5吨以下冲 压机床进行压边形成开口圆环面。过硬在冲压封口的弯曲部位会出现细纹裂缝或
粗糙不平现象，过软在冲压开口端面部位会起铍现象，两者都要影响产品外观质 量，因此也是关键工艺之三。
微小型直线轴承的各配件准备到位，即可对其进行组装。工艺过程如下 首先把加工成型的圆筒套圈、塑料保持架再次进行清洗洁净处理，然后对圆 筒套圈用止通规测量分组，再与选配组装钢球规值相符的摆放同一位置。装配中 先采用专用装配夹具，该夹具内径尺寸与圆筒套圈内径相同由钢制圆筒体，其中 一钢球槽位置为放钢球所用的缺口开放，在装配中把钢球放到塑料保持架滚道之 用。
装配时把塑料保持架塞入圆筒体夹具中，在一开口处对准塑料保持架2中的 钢球滚道4，把要装钢球从开口处放到塑料保持的一钢球滚道4中，放满后把塑
料保持架旋转下一个滚道位置与夹具开口对齐，把钢球再放入到塑料保持架的滚
道4内，用同样方法把塑料保持架上的滚道内都放满钢球，把露出的一滚道4钢 球朝上，再把要装圆筒套圈1与圆筒体夹具对准在同一直线位置上。同时，圆筒 套圈一端冲有缺口 8与塑料保持架端面的凸块9相对齐，把带有钢球的塑料保持 架上的封闭滚道4与圆筒套圈上钢球滚槽5对准，这样把装有钢球、塑料保持架 一同推入圆筒套圈内，使塑料保持架端面凸块与圆筒套圈端面缺口相吻合。塑料 保持架上的封闭滚道4上钢球与圆筒套圈滚槽5相对。接下来，对该产品的间隙 进行检査，采用专用气压夹持装置，把装有钢球的圆筒套圈放入气压夹具，加压 夹紧后用止通规检验。发现过松或过紧，公差超差时，调换钢球规值大小，达到 公差范围后，再由小冲压机床上采用专用夹具对上端进行压边封口，为保持产品 可靠性，对压边封口后产品最后一次在气压夹具上用灵活性棒进行整体调整检 査，以达到产品100%合格。
权利要求
1.微小型直线轴承，包括圆筒套圈、塑料保持架和钢球，其特征是圆筒套圈由金属板冲切拉伸成型，在圆筒套圈(1)上沿轴向设4～8条等距离相互平行的钢球滚槽(5)，塑料保持架(2)的腔壁上设有与圆筒套圈上轴向滚槽(5)相对应的椭圆形滚道(4)，圆筒套圈(1)的两端为向内弯成中间开口的圆环面(10、11)。
2、 根据权利要求1所述的微小型直线轴承，其特征是所述的圆筒套圈(1) 内壁的钢球滚槽(5)为稍微凸起的内圆弧面(6),其两端为向圆筒套圈开口端 倾斜的斜面(7、 7')，圆筒套圈的一端面(10)上设有与塑料保持架(2) —端 面的凸块(9)相嵌合的定位缺口 (8)。
3、 根据权利要求1所述的微小型直线轴承，其特征是圆筒套圈的制造方法 包括以下步骤1) 、将低碳钢冷轧钢板冲切成圆形坯体；2) 、将圆形坯体在装有拉伸模具的冲压机床上进行第一次拉伸，拉伸长度为 圆筒套圈总长度的25 35%;3) 、将经过第一次拉伸的坯体在装有拉伸模具的液压机床上进行第二次拉 伸，拉伸长度为圆筒套圈总长度80 90%;4) 、将经过第二次拉伸的圆筒套圈坯体进行去应力软化回火，回火炉为封闭 井式炉，回火温度500 600°C，到达温度后保温1小时出炉，在空气中冷却， 并用清洗液清洗表面杂质；5) 、经过回火处理过的圆筒套圈坯体进行第三次拉伸，用拉伸与变薄模具在 液压机床上拉伸至总长度的105 110%，并对圆筒套圈的两端各占长度15 20% 位置进行拉伸逐步变薄成斜面；6) 、对经过三次拉伸后的圆筒套圈开口端进行端面平整；7) 、将开口端经过平整的圆筒套圈在装有冲裁模具的冲压机床上对其底端中 间冲压开口圆环面和圆环面上的定位缺口 ；8) 、将已冲压出圆环面的圆筒套圈放在装有多侧冲槽圆筒模具的冲床上进行 冲切滚槽；9) 、对已进行冲切滚道槽的圆筒套圈用抛光机进行除毛刺和整边，表面粗糙 度达到0.8 u m; 10)、对已进行表面抛光处理的圆筒套圈进行碳氮共渗热处理和真空热处理， 表面硬度达到HV660 790° ，渗碳层厚度0.2mm 0.3mm。
4、 根据权利要求3所述的微小型直线轴承的圆筒套圈制造方法，其特征是 圆筒套圈的第三次拉伸的模具精度公差《0.05mm，模具工作面粗糙度《0.2y m。
5、 根据权利要求3所述的微小型直线轴承的圆筒套圈制造方法，其特征是 同一个圆筒套圈上的轴向滚槽宽度公差《0.05mm,各滚槽间距公差《0.10mm。
6、 根据权利要求3所述的微小型直线轴承的圆筒套圈制造方法，其特征是 圆筒套圈一端圆环开口面工艺，首先采用频率可调的高频感应加热器对圆筒套圈 一端5 8mm ,行温度在450 550。C软化回火处理，使硬度保持在HB150 200° ， 然后用5吨以下冲压机床进行压边，形成开口圆环面。
全文摘要
微小型直线轴承，包括圆筒套圈、塑料保持架和钢球，圆筒套圈由金属板冲切拉伸成型，在圆筒套圈上沿轴向设4～8条等距离相互平行的钢球滚槽，塑料保持架的腔壁上设有与圆筒套圈上轴向滚槽相对应的椭圆形滚道，圆筒套圈的两端为向内弯成中间开口的圆环面。制造方法包括圆筒套圈采用低碳冷轧钢板，用冲切模具和精密拉伸模具在冲压机床和液压机床冲切和三次拉伸变薄成圆筒套圈坯体，并对底面冲孔和缺口、上端平头后再在圆筒套圈坯体轴向上冲切几条轴向滚槽，再经抛光机抛去毛刺，后经碳氮共渗热处理在上端回火软化处理再整形清洗，完成圆筒套圈加工制作。与普通直线轴承比较，同样规格每套体积缩小30％，重量减少50％，每套节省成本40％。
文档编号F16C29/06GK101368594SQ200810121080
公开日2009年2月18日 申请日期2008年9月24日 优先权日2008年9月24日
发明者梅雪成, 郑世良 申请人:宁波恒力汽配轴承有限公司