一种高性能锻造轴承钢球的内凹型坯料设计制造技术

一种高性能锻造轴承钢球的内凹型坯料设计，本发明专利技术属于钢球零件锻造领域。本发明专利技术既要解决现有工艺产生的球坯两极和飞边处流线大量露头、无法控制飞边尺寸的问题，又要解决先预锻再终锻的工艺难以运用于大批量的工业化生产过程中问题。本发明专利技术改变原有圆柱形坯料为两端含有圆台形凹槽的内凹型圆柱形坯料。方法：一、坯料设计；二、坯料加工；三、热锻。本发明专利技术用于高性能轴承钢球球坯的锻造成形。用于高性能轴承钢球球坯的锻造成形。用于高性能轴承钢球球坯的锻造成形。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能锻造轴承钢球的内凹型坯料设计


[0001]本专利技术属于钢球零件锻造领域。

技术介绍

[0002]轴承钢球作为机械基础部件，广泛应用于汽车、高铁、风电、精密机床以及航空航天等各个领域中。球坯成形作为钢球制造的中心环节，其成形工艺对钢球的组织结构、流线分布影响极大。现有工艺采用的坯料为简单的圆柱形坯料，虽然方便加工，但是既不能控制球坯的飞边尺寸导致产生过大的飞边；也不能控制球坯的金属流线，导致环带处与两极区域流线的大量露头。钢球的失效产生位置一般为流线露头区域，大面积的流线露头会严重影响钢球使用寿命。
[0003]除了上述的锻造成形工艺，另一种工艺采用先预锻再终锻成型进行轴承钢球锻造。这种工艺可以对两级处流线的大量露头和过大的飞边尺寸进行一定程度上的控制和减小。但是该工艺增加了一道工序，由一步成型变成了两步成型，极大程度上影响了工厂的生产效率。同时两步锻在生产过程中，坯料极易放置歪斜，且坯料温度不易控制，进而影响球坯的组织。

技术实现思路

[0004]本专利技术既要解决现有工艺产生的球坯两极和飞边处流线大量露头、无法控制飞边尺寸的问题，又要解决先预锻再终锻的工艺难以运用于大批量工业化生产的问题，而提供一种高性能锻造轴承钢球的内凹型坯料设计。
[0005]一种高性能锻造轴承钢球的内凹型坯料设计，它是按照以下步骤进行：
[0006]一、坯料设计：
[0007]基于圆柱形坯料进行设计，设计的坯料为内凹型圆柱形坯料；所述的内凹型圆柱形坯料两端设有圆台形凹槽；
[0008]设内凹型圆柱形坯料的长度为L1，直径为d；设内凹型圆柱形坯料上下端面的倒角为c；
[0009]设内凹型圆柱形坯料的圆台形凹槽斜面与坯料端面之间的夹角为内凹角θ，θ为20度～40度；
[0010]设内凹型圆柱形坯料的两端圆台形凹槽底面之间的距离为内凹部分长度L2，L2为L1的82％～92％；
[0011]设内凹型圆柱形坯料的圆台形凹槽底面与斜面之间的夹角为圆角，圆角半径为R，R为d的5％～8％；
[0012]二、坯料加工：
[0013]对直径为d的圆棒料进行切割，得到长度为L1的圆柱形料段，保证料段长度在公差范围内，然后对上下端面进行倒角c，再在上下端面分别加工出内凹角为θ且完全相同的两个圆台形凹槽，并保证内凹部分长度L2在公差范围内，将圆台形凹槽底面与斜面之间的夹
角加工成半径为R的圆角，得到设计的坯料；
[0014]所述的设计的坯料质量等于步骤三制备的钢球球坯质量；
[0015]三、热锻：
[0016]将设计的坯料加热至800℃～1150℃并保温，得到加热后的坯料；设置压力机的压下量，保证钢球球坯的飞边高度小于钢球球坯直径的2.6％；将加热后的坯料快速转移至球形模具型腔中进行热锻，得到钢球球坯，即完成高性能锻造轴承钢球的内凹型坯料设计。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]本专利技术在不改变钢球原有的锻造工艺下(一步热锻)，保证了大批量的工业化生产过程中的生产效率与生产质量。同时改变了坯料的形状尺寸，使其外貌变为两端拥有圆台形凹槽的圆柱。坯料上下端面的内凹促进热锻过程金属向极孔流动，进一步缩小流线露头区域面积，减小流线露头区域的金属流线同球坯表面的夹角，从而优化两极区域的流线分布情况。
[0019]本专利技术在不改变钢球原有的锻造工艺下(一步热锻)，保证在大批量的工业化生产过程中的生产效率与生产质量。同时改变了坯料的形状尺寸，从而改变了热锻成形过程金属的填充的流动方向，避免原工艺在两极处金属流动速度慢，金属流线大量露头。同时减缓了原工艺在飞边处先形成的趋势，有效减小飞边尺寸，轴承钢球球坯的飞边高度可控制在球坯直径的2.6％以内。
[0020]本专利技术在不改变钢球原有的锻造工艺下(一步热锻)，保证在大批量的工业化生产过程中的生产效率与生产质量。同时能明显减小飞边尺寸，改善所得球坯的两极处流线露头情况，使钢球球坯保持较好的锻造流线，大大提升轴承钢球球坯的抗疲劳性能，提高使用寿命。
[0021]本专利技术用于一种高性能锻造轴承钢球的内凹型坯料设计。
附图说明
[0022]图1为本专利技术高性能锻造轴承钢球的内凹型坯料设计的流程示意图，(a)为步骤二坯料加工，(b)为步骤三热锻，(c)为步骤三制备得到钢球球坯；
[0023]图2为本专利技术步骤一设计的坯料尺寸示意图，L1为内凹型圆柱形坯料的长度，d为内凹型圆柱形坯料的直径，c为内凹型圆柱形坯料上下端面的倒角，c1为倒角c的角度，h为倒角c的高度，θ为内凹角角度，L2为内凹部分长度，R为圆角半径；
[0024]图3为实施例一步骤二得到的设计的坯料实物图；
[0025]图4为实施例一步骤三所述的球形模具，(a)为模具的三维示意图，(b)为模具的实物图；
[0026]图5为实施例一步骤三制备的钢球球坯的实物图；
[0027]图6为实施例一高性能锻造轴承钢球的内凹型坯料设计的金属流线变化示意图，(a)为步骤二得到的设计的坯料，(b)为步骤三制备的钢球球坯；
[0028]图7为对比实验一不改变坯料形状的锻造工艺制备的钢球球坯的实物和流线示意图，(a)为实物流线形貌，(b)为模拟流线形貌，A为露头面积，B为飞边；
[0029]图8为对比实验二先预锻再终锻的两步成形工艺制备的钢球球坯的实物和流线示意图，(a)为实物流线形貌，(b)为模拟流线形貌，A为露头面积，B为飞边；
[0030]图9为实施例一步骤三制备的钢球球坯的实物和流线示意图，(a)为实物流线形貌，(b)为模拟流线形貌，A为露头面积，B为飞边。
具体实施方式
[0031]本专利技术技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
[0032]具体实施方式一：结合图1至2具体说明，本实施方式所述的一种高性能锻造轴承钢球的内凹型坯料设计，它是按照以下步骤进行：
[0033]一、坯料设计：
[0034]基于圆柱形坯料进行设计，设计的坯料为内凹型圆柱形坯料；所述的内凹型圆柱形坯料两端设有圆台形凹槽；
[0035]设内凹型圆柱形坯料的长度为L1，直径为d；设内凹型圆柱形坯料上下端面的倒角为c；
[0036]设内凹型圆柱形坯料的圆台形凹槽斜面与坯料端面之间的夹角为内凹角θ，θ为20度～40度；
[0037]设内凹型圆柱形坯料的两端圆台形凹槽底面之间的距离为内凹部分长度L2，L2为L1的82％～92％；
[0038]设内凹型圆柱形坯料的圆台形凹槽底面与斜面之间的夹角为圆角，圆角半径为R，R为d的5％～8％；
[0039]二、坯料加工：
[0040]对直径为d的圆棒料进行切割，得到长度为L1的圆柱形料段，保证料段长度在公差范围内，然后对上下端面进行倒角c，再在上下端面分别加工出内凹角为θ且完全相同的两个圆台形凹槽，并保证内凹部分长度L2在公差范围内，将圆台形凹槽底面与斜面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能锻造轴承钢球的内凹型坯料设计，其特征在于它是按照以下步骤进行：一、坯料设计：基于圆柱形坯料进行设计，设计的坯料为内凹型圆柱形坯料；所述的内凹型圆柱形坯料两端设有圆台形凹槽；设内凹型圆柱形坯料的长度为L1，直径为d；设内凹型圆柱形坯料上下端面的倒角为c；设内凹型圆柱形坯料的圆台形凹槽斜面与坯料端面之间的夹角为内凹角θ，θ为20度～40度；设内凹型圆柱形坯料的两端圆台形凹槽底面之间的距离为内凹部分长度L2，L2为L1的82％～92％；设内凹型圆柱形坯料的圆台形凹槽底面与斜面之间的夹角为圆角，圆角半径为R，R为d的5％～8％；二、坯料加工：对直径为d的圆棒料进行切割，得到长度为L1的圆柱形料段，保证料段长度在公差范围内，然后对上下端面进行倒角c，再在上下端面分别加工出内凹角为θ且完全相同的两个圆台形凹槽，并保证内凹部分长度L2在公差范围内，将圆台形凹槽底面与斜面之间的夹角加工成半径为R的圆角，得到设计的坯料；所述的设计的坯料质量等于步骤三制备的钢球球坯质量；三、热锻：将设计的坯料加热至800℃～1150℃并保温，得到加热后的坯料；设置压力机的压下量，保证钢球球坯的飞边高度小于钢球球坯直径的2.6％；将加热后的坯料快速转移至球形模具型腔中进行热锻，得到钢球球坯，即完成高性能锻造轴承钢球的内凹型坯料设计。2.根据权利要求1所述的一种高性能锻造轴承钢球的内凹型坯料设计，其特征在于步骤二中圆柱形料段长度为L1
±
...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗影影，高晨曦，周鹏文，于清成，韩亭鹤，童锐，杨万里，邵斌，单徳彬，郭斌，
申请(专利权)人：中国航发哈尔滨轴承有限公司，
类型：发明
国别省市：