一种异形滚子钢带的无切削精密成型方法与流程

本发明涉及金属加工，尤其是一种单向转动轴承滚子钢带的加工技术。

背景技术：

1、随着机器人、精密机床等各类现代机械装备的快速发展，高精度的单向转动轴承的需求量越来越大，技术要求也越来越高，众所周知，单向转动轴承中异形滚子的精度要求直接影响到单向转轴承的运转精度。

2、单向转动轴承中异形滚子的截面为非规则形状，如图1所示，这种单向转动轴承的异形滚子的左侧面11、右侧面12；上侧面13和下侧面14都是不规则的曲面，异形滚子的尺寸精度和表面质量的要求非常高，尺寸公差要求±0.01mm，表面粗糙度≤ra1.6，脱碳层要求为零脱碳，表面缺陷深度要求小于0.05mm。

3、单向转动轴承的异形滚子的材质与滚珠轴承和球形滚动轴承的滚球或滚柱、滚针的材质相同，都是gcr15、100cr6、suj2、ansi e52100或者等效牌号的钢材，其主要化学成分范围：c：0.90～1.10%，si：0.15～0.35%，mn：0.25～0.45%，cr：1.30～1.65%，p：≤0.025%，s：≤0.025%。

4、目前，单向转动轴承的异形滚子只能单件生产，采用煅造、金属切除和热处理相结合的方案，虽然能制造出这类产品，但生产效率很低，产品质量稳定性差，不适应大批量、低成本的生产要求。

5、因此，申请人发明了一种单向转动轴承异形滚子钢带的无切削精密成型方法，能满足批量工业化生产需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种异形滚子钢带的无切削精密成型方法，采用该成型方法能大批量低成本地生产高精度的单向转动轴承异形滚子钢带，既能满足其强度、显微组织的要求，又能实现无切削连续加工，能显著提高单向转动轴承异形滚子钢带的生产效率，保证产品的质量要求。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种异形滚子钢带的无切削精密成型方法，包括如下步骤：

4、步骤1：热轧原料

5、按照待加工异形滚子钢带的截面面积选择圆形截面钢盘条，钢盘条的截面面积与待加工异形滚子钢带的截面面积之比为损耗比，组织要求为均匀的索氏体，晶粒度8级或以上，无全脱碳层；

6、步骤2：酸洗

7、在全自动酸洗线上进行，将热轧原料浸入40～50℃、浓度120～200g/l的盐酸溶液中处理30～60min，除去表面的氧化物质；然后高压水冲洗掉附着在材料表面的酸液；用0.5～2%的naoh溶液中和30～60s；最后在100～150℃的条件下烘干，去除原料盘条的氧化皮；

8、步骤3：球化退火

9、使用罩式退火炉，充入纯氮气进行保护，加热至790±10℃，保温4～6h，然后控制冷却至500℃以下出炉，显微组织达2～4级（gb/t18254：2016），硬度≤90hrb，脱碳层≤0.02mm；

10、步骤4：辊轧拉头的墎压加工

11、用墩头机对步骤3获得圆钢的始拉端进行墩压加工，按异型滚子的左右侧面曲面形状进行墩压形成辊轧拉头，辊轧拉头的左右单面余量为1.2~1.5毫米；

12、步骤5：异形初坯的左右面轧制加工

13、将辊轧拉头插入用左右双辊轮滚动轧制模具进行左右侧面的侧压滚动扎制，得到异形初坯，异形初坯的左右曲面各留余量0.4~0.8亳米；

14、步骤6：异形粗坯复合成型加工

15、将步骤5轧制的异形初坯用左右拉拨上下双辊扎制复合成型模具进行复合成型加工得异形粗坯，异形粗坯的各面余量留0.2~0.6毫米；

16、步骤7：过渡坯料加工

17、将步骤6获得异形粗坯用分体组合式侧压拉拨成型模具进行拉拨成型加工，得到异形过渡坯料，异形过渡坯料各面留余量0.1~0.2毫米；

18、步骤8：再结晶退火处理

19、步骤7得到的异形过渡坯料用罩式退火炉，充入纯氮气进行保护，加热至680±10℃，保温4～6h，然后随炉冷却至300℃以下出炉，消除冷轧加工应力，重组破碎的晶粒，降低钢丝的硬度，硬度≤94hrb，无脱碳层；

20、步骤9：表面涂层加工

21、在全自动酸洗线上进行，将钢丝浸入40～50℃浓度120～200g/l的盐酸溶液中处理15～30min；高压水冲洗掉表面残留的酸液；在75～85℃的磷化液中浸泡15～30min；用0.5～2%的naoh溶液中和30～60s；在75～85℃的皂化液浸泡1～3min；最后在100～150℃的条件下烘干；

22、步骤10：异型滚子钢带的精密成型加工

23、将步骤9获得的异形过渡坯料用分体组合式侧压拉拨成型模具进行精密冷拉拨成型加工，将异形过渡坯料穿过分体组合式侧压拉拨成型模具的成型孔中进行连续精密拉拔，减面率为单面控制在0.1~0.2毫米，拉拔速度2～3m/s，硬度为200～300hv，型线吻合性≤0.015mm，表面粗糙度≤ra1.6；

24、步骤11：矫直切断加工

25、将步骤10获得的成品异形滚子钢带进行矫直，定长度切断；

26、步骤12：包装

27、使用编织带进行缠绕包装，平放于木箱内储存或运输。

28、进一步，在所述异形滚子钢带的无切削精密成型方法，所述左右双辊滚动轧制模具，包括左滚动成型辊轮和右滚动成型辊轮，在左滚动成型辊轮和右滚动成型辊轮中至少有一个可以左右移动，左滚动成型辊轮和右滚动成型辊轮的表面形状与待加工的异形滚子钢带的左右侧面的形状相对应，在初始扎制时先将左滚动成型辊轮向左侧退移，让辊扎拉头进入左滚动成型辊轮和右滚动成型辊轮之间，然后通过侧压驱动机构将左滚动成型辊轮和右滚动成型辊轮之间间距逐渐移到预定位置，确保异形初坯的左右单面的余量控制在0.4~0.8毫米。

29、进一步，在所述异形滚子钢带的无切削精密成型方法中，所述左右拉拨上下双辊扎制复合成型模具，包括左侧面拉拨成型模块、右侧面拉拨成型模块、上滚动成型辊轮和下滚动成型辊轮，在右侧面拉拨成型模块、左侧面拉拨成型模块中至少有一个位置是可左右移动的，右侧面拉拨成型模块、左侧面拉拨成型模块的拉拨成型面与待加工的异形滚子钢带的左右侧面的形状相对应；

30、在上滚动成型辊轮和下滚动成型辊轮中至少有一个位置是可上下移动的，上滚动成型辊轮和下滚动成型辊轮的表面形状与待加工的异形滚子钢带的上侧面和下侧面的形状相对应，在初始加工时先将左右拉拨上下双辊扎制复合成型模具的成型空腔放大，使异形初坯插入成型腔中，然后分别使移动拉拨成型块和移动的转动成型辊轮侧面施压移动至预定工位，就能获得异形粗坯，确保异形粗坯的各侧面的单面余量控制在0.2~0.6毫米。

31、进一步，在所述异形滚子钢带的无切削精密成型方法中，所述分体组合式侧压拉拨成型模具，包括刚性龙门座、顶部成型模头、左侧成型模头、右侧成型模头和底部成型模头，在顶部成型模头、左侧成型模头、右侧成型模头和底部成型模头中至少有一个是固定成型模头，其它成型模头是移动式模头结构，刚性龙门座固定在拉丝机的机座上，所述固定成型模头直接固定在刚性龙门座的内侧上，所述移动式模头结构包括侧面模头和压力推进部件，侧面模头与压力推进部件中的推动件固定连接，顶部成型模头、左侧成型模头、右侧成型模头和底部成型模头的成型面的形状与异形滚子对应面的形状相对应，且入口端与出口端之间存有坡度，坡度斜角1~3度，入口大出口小。

32、更进一步，在所述异形滚子钢带的无切削精密成型方法中，在所述分体组合式侧压拉拨成型模具中，在顶部成型模头、左侧成型模头、右侧成型模头和底部成型模头中仅有一个固定成型模头。

33、更进一步，在所述异形滚子钢带的无切削精密成型方法中，所述顶部成型模头为固定模头，顶部成型模头固定在刚性龙门座的顶板的下端面上，左侧成型模头、右侧成型模头和底部成型模头都是移动式模头结构，其中，左侧成型模头由左侧成型模块、活塞杆和液压油缸组成，液压油缸固定在刚性龙门座或拉丝机的机座上，活塞杆的外露端与左侧成型模块固定连接，右侧成型模头和底部成型模头的组成结构与左侧成型模头相同，只是对应的成型模块的成型曲面不同。

34、更进一步，在所述异形滚子钢带的无切削精密成型方法中，在所述分体组合式侧压拉拨成型模具中，在顶部成型模头、左侧成型模头、右侧成型模头和底部成型模头中有二个固定成型模头。

35、更进一步，在所述异形滚子钢带的无切削精密成型方法中，顶部成型模头和右侧成型模头为固定成型模头，或者顶部成型模头和左侧成型模头为固定成型模头。

36、更进一步，在所述异形滚子钢带的无切削精密成型方法中，在所述分体组合式侧压拉拨成型模具中，底部成型模头和右侧成型模头为固定成型模头，或者底部成型模头和左侧成型模头为固定成型模头。

37、更进一步，在所述异形滚子钢带的无切削精密成型方法中，在所述分体组合式侧压拉拨成型模具中，在顶部成型模头、左侧成型模头、右侧成型模头和底部成型模头中，相邻之间的配合面为斜面，在相邻二个成型模头之间的配合面之间沿拉制方向设有滑动咬合结构，所述滑动咬合结构为：在一块成型模头的配合面上设有凸体咬合条，在另一块成型模头的配合面上设有与凸体咬合条截面形状相对应有凹形滑槽，凸体咬合条截面形状为矩形、梯形、v形、圆弧形中的一种。

38、本发明是针对生产单向转动轴承中异形滚子钢带的特定截面形状而设计的方案，本方案中热轧原料选取-酸洗-球化退火-表面涂层，精密拉制前的再结晶退火处理-再结晶退火处理步骤要求均与申请人在先专利cn202111237846.3（一种高强度轴承钢丝的生产工艺）中的方案相同，对连续拉拔完成对异形滚子钢带的成型加工方法进行改进，实现对异形滚子钢带的分段成型加工，异形滚子钢带的成型分成五个步骤，即辊轧拉头墎压加工—异形坯料左右面轧制加工—异形粗坯复合成型加工—过渡坯料加工—异型滚子钢带的精密成型加工，并对每道成型步骤都提出了具体的要求，在不同的成型步骤中都提供了专用的成型模具，这些模具都是针对异形滚子成型的关键装备，采用了不相同的分步加工成型模具，没有这些专用的成型模具就不可能加工出符合设计要求的单向转动轴承的异形滚子钢带，步骤4是对辊轧拉头的墎压加工：先使用墩头机对步骤3获得圆钢的始拉端进行墩压加工，按异形滚子钢带的左右侧面曲面形状进行墩压形成辊轧拉头，辊轧拉头的左右单面余量为1.2~1.5毫米；

39、步骤5是对异形初坯的左右面的轧制加工：将辊轧拉头插入左右双辊轮滚动轧制模具进行左右侧面的侧压辊动扎制，所得异形初坯的左右曲面各留余量0.4~0.8亳米；

40、步骤6是异形粗坯的复合成型加工：将步骤5轧制的异形初坯钢带进入左右拉拨上下双辊扎制复合成型模具进行复合成型加工，得到异形粗坯，异形粗坯各面余量留0.2~0.6毫米；

41、步骤7是对异形过渡坯料的加工：将步骤6获得异形粗坯用分体组合式侧压拉拨成型模具进行半精拉拨成型加工得到异形过渡坯料，各面留余量0.1~0.2毫米；

42、步骤10是对异型滚子钢带的精密成型加工：采用分体组合式侧压拉拨成型模具组对异形过渡坯料进行精密冷拉拨成型加工，在拉丝机上安装至少一组分体组合式侧压拉拨成型模具，将异形过渡坯料穿过侧压拉拨成型模具的成型腔中进行连续精密拉拔，所得异形滚子钢带的横截面形状精度和表面粗糙度都达到成品设计要求，本工序总的减面率为单面控制在0.1~0.2毫米，拉拔速度2～3m/s，硬度为200～300hv，型线吻合性≤0.015mm，尺寸公差要求±0.01mm，表面粗糙度≤ra1.6，脱碳层要求为零脱碳，表面缺陷深度要求小于0.05mm。

43、本发明的方案取代了煅造、金属切除和热处理相结合的加工成型方案，实现了高效无切削地生产单向转动轴承异形滚子钢带，采用分段分步成型方案，三种不同结构的成型模具都是对异形滚子钢带的四个异形曲面进行分别成型加工的组合方案，模具结构设计合理，制造方便，综合成本大幅度降低，加工、维护方便，且产品质量稳定，批量生产低成本低。