整体式自润滑关节轴承旋压成形方法与流程

本发明涉及一种关节轴承制造工艺，特别是涉及一种自润滑关节轴承制造工艺，应用于特种轴承和精密轴承制造技术领域。

背景技术：

自润滑关节轴承是一种无需补充润滑剂的特殊关节轴承，其结构简单，体积小，承载力大，耐冲击和腐蚀，具有自动调心功能，适合多种恶劣工况，特别是在航空航天以及国防武器上有广泛应用。自润滑关节轴承的失效主要是由自润滑衬垫引起的，而内外圈过载变形和内外圈装配间隙不均匀直接影响了衬垫的性能。轴承密合度是自润滑关节轴承最重要的性能指标之一，用于考核其成形加工后内外圈间隙的均匀性。目前轴承外圈的制造工艺多采用挤压成形对轴承内圈及衬垫的损伤较大，内外圈间隙分布不均，并且需要进行二次挤压装配，这就很有必要对自润滑关节轴承的成形工艺进行探索创新。

自润滑关节轴承是由一个带外球面的内圈、一个带内球面的外圈和自润滑层组成。按外圈的结构形式分为：单缝式、双缝式、双半式和整体式，在外圈内球面的自润滑层是轴承的关键功能结构，制造中无损伤与形成符合成品轴承要求的间隙条件，对其性能起到决定性作用。单缝式自润滑关节轴承是在组装时将内圈直接压入开缝的外圈中，极易造成外圈内表面自润滑层与内圈外表面损伤，因开缝导致受力不均，在使用时会降低轴承的寿命与可靠性；双缝式自润滑关节轴承的外圈与自润滑层表面是剖分的，由于非整体结构导致间隙及受力不均匀，所以可靠性较低，装配结构相对复杂；双半式自润滑关节轴承，由若干螺栓将两个半外圈连接，结构复杂、装配要求高，由于也是非整体的结构，间隙及受力不均匀，并且此结构不适用于小型自润滑关节轴承，可靠性低。整体式自润滑关节轴承的外圈与自润滑层为整体结构，并且结构简单，间隙条件符合成品轴承要求，使用中可靠性高，但现有制造技术上，外圈是用锻压方法包络成形在内圈上，在外圈成形时，首先内圈套在芯轴上，再将外圈坯料套在内圈外，然后压制外圈，使得外圈内表面抱死内圈的外球面上，然后机加工外圈，通过控制芯轴过盈量，使得润滑层与内圈外表面之间产生游隙，然而为形成外圈内球面与符合成品轴承要求的轴承游隙，自润滑层经受两次非均匀的剧烈挤压与变形，自润滑层极易造成压溃损伤，产品成品率不高、自润滑层可靠性不高，因此整体式自润滑关节轴承制造中无内圈作用成形技术的开发很有必要，具有自润滑层无压溃损伤的整体式自润滑关节轴承的制备方法称为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种整体式自润滑关节轴承旋压成形方法，在制造过程中外圈坯料内表面与内圈外球面间无压力作用，对自润滑层影响小，成形后具有符合成品轴承要求的轴承游隙的整体式自润滑关节轴承无内圈作用，可解决现有自润滑关节轴承外圈成形工艺中诸多缺陷，对实际生产加工有重大应用价值。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种整体式自润滑关节轴承旋压成形方法，包括如下步骤：

a.轴承组件的准备和装夹设置：将自润滑关节轴承的带外球面的轴承内圈套装固定在旋压加工中心装置的芯轴上，准备自润滑关节轴承的轴承外圈坯料，按不同产品对轴承外圈坯料的要求，制造出所需形状的轴承外圈坯料，使轴承外圈坯料形状为整体式的圆柱环件，并使轴承外圈坯料的两端分别为张口端与装夹端，其中，靠近装夹端一侧的轴承外圈坯料的一部分内表面已加工成形并进行打磨处理为内球面，形成轴承外圈坯料的局部内表面能与轴承内圈的外球面配合的凹凸关节形式，不需要进行后续加工，而靠近张口端一侧的轴承外圈坯料的另一部分内表面为已经经过打磨处理的径向尺寸相同的圆柱形表面，作为轴承外圈坯料的待加工内表面，在旋压加工中心装置的夹具上安装轴承外圈坯料时，先将自润滑层贴于轴承外圈坯料的内表面上，使轴承外圈坯料的已加工成形的内球面和待加工内表面上形成一体连续的自润滑层，完成自润滑层的预先设置，然后将轴承外圈坯料套装到轴承内圈上，将轴承外圈坯料的装夹端固定安装于旋压加工中心装置的夹具上，使轴承外圈坯料的张口端形成自由端，并使轴承外圈坯料的外表面朝向旋压加工中心装置的圆盘状旋轮的来向，旋轮设置于对应轴承外圈坯料的待加工内表面的轴承外圈坯料的外围位置处，完成轴承组件的准备和装夹设置；

b.旋轮按照设定的相对位置安装，并且使旋轮的起始位置位于轴承外圈坯料的内表面为圆弧线与直线相接的位置上，在进行旋压加工时，保持轴承外圈坯料内表面的旋压制备及轴承装配同时进行，使旋轮进给方向与进给速度均可调整，并使旋轮按给定的旋压的工艺参数进行进给运动，使旋轮一边绕轴承内圈的外球面的球心向轴承外圈坯料的张口端进行逐圈圆形转动，一边沿轴承内圈的外球面的径向进给，使旋轮进行旋压作用的轴承外圈坯料部分发生变形，使轴承外圈坯料的待加工内表面逐渐塑性变形为球面，使轴承外圈坯料和轴承内圈之间形成符合成品要求的轴承游隙，构成与轴承内圈的外球面配合构成凹凸关节形式，当旋轮到达设定的目标位置，使轴承外圈坯料的待加工内表面加工完成，轴承外圈坯料内表面刚好成一体式连续内球面，将轴承外圈坯料完全套装到轴承内圈上；

c.最后再通过对轴承外圈坯料的端面与外表面进行车磨加工，形成所需的轴承外圈外部形状，即获得由一个带外球面的轴承内圈、一个带内球面的轴承外圈和中间自润滑层组成的整体式自润滑关节轴承成品。

作为本发明的优选的技术方案，在步骤b中，进行旋压加工时，轴承外圈坯料按照给定的工艺参数匀速旋转，旋轮做径向和轴向的复合运动，对轴承外圈坯料进行旋压。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在步骤b中，进行旋压加工时，在轴承外圈坯料转动的同时，通过轴承外圈坯料外表面和旋轮之间的摩擦作用，带动旋轮绕旋轮自身轴线转动。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在步骤b中，进行旋压加工时，使旋轮按给定的旋压的工艺参数进行曲线进给运动。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在步骤b中，进行旋压加工时，控制轴承外圈坯料的转速范围是400～600r/min，控制旋轮径向进给量范围是0.1～0.2mm/r，控制旋轮轴向进给量范围是1～2mm/r。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在步骤a中，轴承外圈坯料的内表面素线为经过工艺优化的光滑样条曲线。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在步骤a中，选择轴承外圈坯料从张口端到装夹端的最大宽度为成品轴承外圈宽度的1.3～1.8倍。

作为上述方案的进一步优选的技术方案，在步骤a中，选择轴承外圈坯料外径至少为成品轴承外圈外径的1.1倍

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明解决了现有整体式自润滑关节轴承外圈成形及装配对自润滑层影响的问题，在外圈成形及装配中，轴承外圈与轴承内圈间无抱死与挤压作用；

2.本发明在轴承制造过程中对自润滑层影响小，成形后具有符合成品轴承要求的轴承游隙，旋压成形变形均匀、成形力小、易于控制；

3.本发明在轴承成形过程中，粘附有自润滑层的整体式轴承外圈内表面的旋压及装配是同时进行的，并且在轴承外圈成形及装配后，外圈坯料内表面刚好成内球面，外圈坯料不会对轴承内圈外球面产生抱死挤压作用。

附图说明

图1为本发明实施例一整体式自润滑关节轴承旋压成形方法工艺示意图。

图2为本发明实施例一的轴承外圈坯料经旋压工艺后制备轴承外圈的形状示意图。

图3为本发明实施例一的轴承外圈坯料的装夹端与开口端的形状示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1～3，一种整体式自润滑关节轴承旋压成形方法，包括如下步骤：

a.轴承组件的准备和装夹设置：将自润滑关节轴承的带外球面的轴承内圈4套装固定在旋压加工中心装置的芯轴3上，准备自润滑关节轴承的轴承外圈6坯料，轴承外圈6坯料的内表面素线为经过工艺优化的光滑样条曲线，按不同产品对轴承外圈6坯料的要求，制造出所需形状的轴承外圈6坯料，使轴承外圈6坯料形状为整体式的圆柱环件，并使轴承外圈6坯料的两端分别为张口端7与装夹端8，选择轴承外圈6坯料从张口端7到装夹端8的最大宽度为成品轴承外圈宽度的1.3倍，选择轴承外圈6坯料的外径为成品轴承外圈外径的1.1倍，保证必要的加工余量，其中，靠近装夹端8一侧的轴承外圈6坯料的一部分内表面已加工成形并进行打磨处理为内球面，形成轴承外圈6坯料的局部内表面能与轴承内圈4的外球面配合的凹凸关节形式，不需要进行后续加工，而靠近张口端7一侧的轴承外圈6坯料的另一部分内表面为已经经过打磨处理的径向尺寸相同的圆柱形表面，作为轴承外圈6坯料的待加工内表面，在旋压加工中心装置的夹具1上安装轴承外圈6坯料时，先将自润滑层5贴于轴承外圈6坯料的内表面上，使轴承外圈6坯料的已加工成形的内球面和待加工内表面上形成一体连续的自润滑层5，完成自润滑层5的预先设置，然后将轴承外圈6坯料套装到轴承内圈4上，将轴承外圈6坯料的装夹端8固定安装于旋压加工中心装置的夹具1上，使轴承外圈6坯料的张口端7形成自由端，并使轴承外圈6坯料的外表面朝向旋压加工中心装置的圆盘状旋轮2的来向，旋轮2设置于对应轴承外圈6坯料的待加工内表面的轴承外圈6坯料的外围位置处，完成轴承组件的准备和装夹设置；

b.旋轮2按照设定的相对位置安装，并且使旋轮2的起始位置位于轴承外圈6坯料的内表面为圆弧线与直线相接的位置上，在进行旋压加工时，保持轴承外圈6坯料内表面的旋压制备及轴承装配同时进行，使旋轮2进给方向与进给速度均可调整，并使旋轮2按给定的旋压的工艺参数进行曲线进给运动，使旋轮2一边绕轴承内圈4的外球面的球心向轴承外圈6坯料的张口端7进行逐圈圆形转动，一边沿轴承内圈4的外球面的径向进给，使旋轮2进行旋压作用的轴承外圈6坯料部分发生变形，使轴承外圈6坯料的待加工内表面逐渐塑性变形为球面，使轴承外圈6坯料和轴承内圈4之间形成符合成品要求的轴承游隙，构成与轴承内圈4的外球面配合构成凹凸关节形式，当旋轮2到达设定的目标位置，使轴承外圈6坯料的待加工内表面加工完成，轴承外圈6坯料内表面刚好成一体式连续内球面，将轴承外圈6坯料完全套装到轴承内圈4上；

c.最后再通过对轴承外圈6坯料的端面与外表面进行车磨加工，形成所需的轴承外圈6外部形状，即获得由一个带外球面的轴承内圈4、一个带内球面的轴承外圈6和中间自润滑层5组成的整体式自润滑关节轴承成品。

在本实施例中，参见图1～3，进行整体式自润滑关节轴承加工时，采用的轴承外圈6坯料形状为整体环件，轴承外圈6坯料分为张口端7与装夹端8，开口端7及装夹端8外表面均为圆柱面，其直径为成品轴承外圈外径的1.1倍。轴承外圈6坯料的内表面为张口形状，其素线为经过工艺优化的光滑样条曲线，轴承外圈6坯料最大宽度为成品轴承外圈宽度的1.3倍；按不同产品对轴承外圈6坯料的要求，制造出轴承外圈6坯料，将轴承外圈6坯料内表面进行打磨处理，在打磨后的轴承外圈6坯料内表面上粘附自润滑层5；然后，将轴承内圈4套在芯轴3上，用夹具1夹紧固定轴承外圈6坯料的装夹端8，夹具1带动轴承外圈6坯料绕自身高速旋转，旋轮2形状为圆盘状，旋轮2进给方向与进给速度均可调整，旋轮2起始位置位于轴承外圈6坯料内表面为圆弧线与直线相接的位置，按给定的旋压工艺参数进行进给运动，其中，设置轴承外圈6坯料转速范围是400r/min，旋轮2径向进给量范围是0.1mm/r，旋轮2轴向进给量范围是1mm/r，随着旋轮2的进给，轴承外圈6坯料内表面逐渐塑性变形为球面，当旋轮2到达设定的目标位置，旋压成形完成，此时，轴承外圈6坯料内表面与轴承内圈4外表面无抱死挤压作用，并且轴承外圈6坯料内表面与轴承内圈4外表面之间的间隙符合成品游隙要求。最后，再通过对轴承外圈6坯料端面与外表面车磨加工，获得自润滑关节轴承成品。

本实施例通过不断调试，精确控制载荷参数，旋压内表面粘附有自润滑层5的轴承外圈6坯料，使其内表面逐渐塑性变形为球面，形成符合成品要求的轴承游隙，同时实现轴承装配，轴承外圈6与轴承内圈4之间无抱死挤压作用，不会对自润滑层造成损伤。在本实施例成形方法中，粘附有自润滑层5的整体式轴承外圈6内表面的旋压及装配是同时进行的，并且在轴承外圈6成形及装配后，轴承外圈6坯料内表面刚好成内球面，轴承外圈6坯料不会对轴承内圈4的外球面产生抱死挤压作用。本实施例整体式自润滑关节轴承外圈旋压成形方法，结构合理，方法创新并且有仿真依据，可解决现有自润滑关节轴承外圈成形工艺中诸多缺陷，对实际生产加工有重大的指导意义。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，在进行轴承组件的准备和装夹设置时，选择轴承外圈6坯料从张口端7到装夹端8的最大宽度为成品轴承外圈宽度的1.8倍，保证必要的加工余量。

在进行旋压加工时，在轴承外圈6坯料转动的同时，通过轴承外圈6坯料外表面和旋轮2之间的摩擦作用，带动旋轮2绕旋轮2自身轴线转动。进行旋压加工时，控制轴承外圈6坯料的转速范围是600r/min，控制旋轮2径向进给量范围是0.2mm/r，控制旋轮2轴向进给量范围是2mm/r。

本实施例在轴承成形时，夹具1夹着轴承外圈6坯料的装夹端8进行转动，旋轮2由位于轴承外圈6坯料内表面为圆弧线与直线相接的起始位置，按给定的旋压工艺参数一边沿径向进给一边绕轴承内圈4的球心向张口端7转动进行进给运动。随着旋轮2的进给，轴承外圈6坯料内表面逐渐塑性变形为球面，当旋轮2到达设定的目标位置，旋压成形完成。本实施例能更有效率加工尺寸与实施例一相同的关节轴承，本实施例整体式自润滑关节轴承外圈旋压成形方法，结构合理，方法创新并且有仿真依据，可解决现有自润滑关节轴承外圈成形工艺中诸多缺陷，对实际生产加工有重大的指导意义。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明整体式自润滑关节轴承旋压成形方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。