CN103331456A - 套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法 - Google Patents

Abstract

套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法，其特征在于：套圈在淬火、回火热处理后整体精密硬车成型，然后与滚动体合套装配，套圈滚道按其截面形状包括定曲率沟形和非沟形滚道，变曲率沟形和非沟形滚道。该加工方法克服了现有技术套圈经磨削成型引起的（1）磨削烧伤、磨削变质层、磨削拉应力、磨粒黏附、划伤等加工表面性能缺陷；（2）不同表面甚至同一表面也需多次加工才能成形带来的各表面相互位置精度不高、滚道形状不能精确保证等加工表面形状缺陷；（3）设备、工装卡具和人员投入大，加工成本高的缺陷和（4）必须使用切削液，不够绿色环保的缺陷。本发明是一种抗疲劳、绿色加工方法，非常具有工程实际意义。

Description

套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法

技术领域

本发明涉及滚动轴承技术领域，特别涉及一种套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法。

背景技术

随着主机向高速、重载、绿色、高可靠性发展，对滚动轴承提出了越来越高的要求，尤其要求具有更高的运行可靠度和更长的运行寿命。

理论和实践已经证明，影响轴承运行可靠度和寿命的关键因素分为两个大的方面，第一就是密封精度和可靠性，密封精度不高、不可靠，结果就是轴承内的润滑脂往轴承外泄露和轴承外的各种异物往轴承内侵入，导致润滑失效、密封失效、磨损失效，而这些失效相对于经典的疲劳剥落失效，都属于摩擦学失效形式、早期失效形式，因而大大降低了轴承的运行可靠度和运行寿命；第二轴承套圈和滚动体工作表面的几何精度以及表面、次表面的物理、化学和机械性能，即形状和性能，如果这些工作表面的形状和性能得不到良好控制，比如存在较大几何偏差、局部缺陷、磨削烧伤或磨削变质层、表面拉应力或表面应力集中，都将显著增大轴承内部的接触应力或显著降低轴承的承载能力，增大轴承早发磨损失效和疲劳剥落失效的风险，降低轴承的运行可靠度和运行寿命。

而现有技术对提高轴承的密封精度、有效控制轴承工作表面的形状和性能方面恰恰存在原理和方法上的问题。因为轴承失效多先发于轴承套圈滚道，又因为，在密封件确定的情况下，轴承的密封精度取决于套圈的制造精度，因此，轴承套圈的加工成形方法就成为关键当中的关键。

现有技术轴承套圈制造通常采取如下加工工艺：毛坯成形（锻件或管件）→退火→车削或冷辗扩→淬火、回火→磨削→滚道超精，共有6大类工序，其中，磨削工序又包括磨套圈外径或内径、磨两个端面、磨挡边和磨滚道4工序，因此，在套圈热处理后，外圈或内圈都至少经历4次磨削和1次超精，考虑磨削和超精一般都会分为粗磨和精磨、粗超和精超，因此，外圈或内圈要经过至少10道工序才能成型，由此产生如下诸多问题：

（1）套圈所有表面均在不同的设备上以不同的加工方式加工成型，各表面之间的形状和位置精度，比如密封槽与滚道表面、外径表面、内径表面的相互位置精度，就较难保证，影响到轴承的密封精度；

（2）套圈密封槽在热处理前车削完成，热处理时会发生淬火形变，而密封槽在热处理后不再也无法再加工，影响到轴承的密封精度；

（3）除密封槽外的套圈其它表面，多采用磨削和超精方式成型，以轴承滚道为例，在热处理后，至少经历粗磨、精磨、粗超和精超四个工序，定位误差、误差复映在所难免，存在不圆度、波纹度等几何误差，这类比粗糙度宏观的误差，不可能通过超精去除；

（4）磨削属于随机材料去除加工，加工过程也是砂轮上磨粒随机脱落的过程，这些脱落的磨粒会黏附在滚道表面上，轧入滚道表面，也会擦伤滚道表面，因此，经磨削成型的滚道表面，理论上其局部缺陷在所难免，应力集中在局部缺陷处产生，破坏了滚道表面的形状完整性和性能完整性，成为轴承磨损源和疲劳源；

（5）磨削加工散热条件较差，因此磨削区温度极高，将不可避免地产生磨削烧伤或磨削变质层，降低了滚道表面的硬度和承载能力，加之磨削易产生表面拉应力，或即便产生压应力，压应力层的深度也比较浅，，无法实现滚动轴承套圈的抗疲劳制造；

（6）加工工序多，加工动用的设备类型和数量多，需要准备的工装卡具多，投入的劳动力多，另外，所有工序均需要切削液，因此，现有技术轴承套圈的加工方法也是不经济、不绿色的。

同时，现有技术套圈滚道磨削和油石超精成型方式，也使滚道的形状设计受到很大的局限：

目前滚道磨削主要采用范成法或切入法，超精则采用往复振荡法，这就限定了轴承滚道的设计形式，对球轴承，滚道截形只能是单一圆弧形定曲率沟形滚道，对滚子轴承，滚道截形只能是定曲率直线滚道，如采用其它滚道截形，磨削加工存在很大困难，保形超精加工（保持滚道设计形状或磨削已经获得的滚道形状）从原理上就无法实现。而单一圆弧形沟形滚道与球接触，存在一个理论接触点，接触刚度受到限制，而接触刚度不高首先意味着，在同样的外部载荷和运行条件下，外圈和内圈会存在较大的相对位移，从而影响到轴承的密封间隙，降低了轴承的运转精度和密封精度，同时意味着，轴承的承载能力受到限制；直线滚道与滚子接触，会在滚子两端产生应力集中，这对滚子轴承的运行平稳性和运行可靠度显然是十分有害的。

现有技术里，为提高轴承承载能力，改善滚动体与滚道的接触应力，也有将球轴承套圈滚道截形设计为非单一圆弧形变曲率沟形滚道，比如尖桃形沟形滚道的，将滚子轴承套圈滚道截形设计为变曲率比如对数凸度形的，但是，这些变曲率滚道截形依靠现行磨削加工方式，无法给予精密成型，超精研虽能降低滚道表面的粗糙度，但却不能改善滚道的形状精度，甚至当超精研加工量较大时，对滚道形状精度还具有破坏作用，因此，经常出现变曲率滚道四不像的情况，这样的滚道从提高轴承运行可靠度和运行寿命的角度看，甚至连经典的单一圆弧形沟形滚道和直线滚道都不如。还有，依靠超精研成型变曲率滚道，比如对数凸度滚道，滚道形状参数受到很大限制，比如，凸度不能大，否则，加工效率和成本就不能承受，但对于承受重载的滚子轴承，有时，大凸量设计是必要的。单向轴承采用的楔形滚道，滚道由若干个楔形面和楔形槽组成，更无法通过磨削加工成型。

总之，现行轴承套圈磨削和超精成型方式，无论是对于定曲率沟形和非沟形滚道、变曲率沟形和非沟形滚道，都存在比较突出的技术、质量问题。

因此，研究、发明轴承套圈新的加工制作方法，克服现有技术磨削加工带来的套圈滚道表面及次表面性能缺陷、密封槽相对轴承安装表面和工作表面的位置精度不高、轴承套圈滚道截形采用变曲率设计受限、设备工装投入较大、必须采用切削液不够绿色环保等所存在的一系列技术、质量、效率、成本和环保问题，实现轴承的抗疲劳制造和绿色制造，显得十分迫切和必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的制作方法，以克服现行轴承制作工艺繁琐复杂、成本过高、不够环保且套圈主要工作表面的形状和性能无法从原理上得以良好保证的问题，开拓轴承套圈抗疲劳、绿色成型方式。本发明的另一目的在于提供一种适用于套圈整体精密硬车成型的滚动轴承，以克服现行滚动轴承套圈采用磨削和超精方式成型存在的轴承滚道设计形状受限、密封精度难以保证、轴承滚道的形状和性能得不到良好控制，从而阻碍轴承运行可靠度进一步提高和运行寿命进一步延长的问题。文中提到的名词“软车”为套圈在热处理淬火硬化前的车削加工，“硬车”为套圈在热处理淬火硬化后的车削加工。本发明方法适于加工标准及非标准滚动轴承。

本发明的技术方案如下：

本发明为一种套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法，所述的滚动轴承包括套圈、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体，其特征在于包括以下步骤：

1）套圈加工，包括以下操作：

○1制备留有加工余量的半成品内、外套圈，

○2将留有加工余量的半成品内、外套圈淬火、回火热处理，

○3将热处理后的内、外套圈分别进行整体精密硬车成型，

2）轴承合套装配，将步骤1）○3中的整体精密硬车成型后的内圈、外圈与成品滚动体分选合套，并完成整套轴承的装配。

所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：步骤1）○3中所述的整体精密硬车成型包括精密硬车基准面，达到轴承成品套圈设计要求；然后以所述的基准面为准，装卡定位，精密硬车其余部位，达到轴承成品套圈设计要求。

所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：所述的基准面是内、外套圈使用时的安装配合表面。

所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：所述的其余部位包括套圈的滚道、滚道挡边、滚道油沟、套圈挡边和密封槽。

所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：所述的套圈的滚道包括定曲率沟形滚道，其截面形状包括单一圆弧；变曲率沟形滚道，其截面形状包括椭圆、双曲线、抛物线和复合曲线，所述的复合曲线包括尖桃形和去尖桃形；以及底部带储脂沟槽的沟形滚道。

所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：所述的套圈的滚道包括定曲率非沟形滚道，其截面形状包括单一直线、三段直线和单一大圆弧；变曲率非沟形滚道，其截面形状包括对数曲线、双曲线、两段直线夹一段圆弧、多段圆弧和复合曲线；还包括由若干楔形面和楔形槽组成的楔形滚道以及凸量为>0至0.5毫米的凸形滚道。

所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：所述的套圈材料包括轴承用钢材、工程陶瓷、工程塑料、碳石墨和复合材料。

所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：在所述的步骤1）○1中，所述的轴承内、外套圈半成品是采用现有技术包括软车、软磨、冷辗扩或粉末冶金方法制得的。

所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：所述的步骤2）中，当分选合套时，对变曲率或底部开储脂沟槽的沟形滚道，滚珠与外圈滚道或内圈滚道呈两点接触时，接触点不在套圈滚道底部，将套圈滚道上与轴承设计游隙直接相关的接触点处的直径换算成滚道底部直径并将其作为合套尺寸，进行套圈与滚珠的分选合套，实现对轴承游隙的控制。

所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：在所述的步骤1）○3之后还包括步骤1）○4，所述的步骤1）○4是对内、外套圈的滚道和滚道挡边进行超精研、滚压、滚光或抛光加工。

适于用所述方法加工的滚动轴承，其特征是所述滚动轴承内、外套圈的滚道截面形状包括：定曲率和变曲率沟形滚道；底部带储脂沟槽的沟形滚道以及定曲率和变曲率非沟形滚道；还包括楔形滚道以及凸形滚道。

本发明套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法，套圈整体精密硬车成型后的表面精度达精磨水平，因此，对于绝大多数轴承，对套圈滚道表面粗糙度没有过高要求时，套圈整体精密硬车成型后不再对滚道进行其它切削加工；对少数轴承，对套圈滚道表面粗糙度要求极高时，套圈整体精密硬车成型后，可对套圈滚道表面进行超精研、滚压、滚光、抛光等光整加工。

本发明套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法，相比现行技术轴承套圈磨削加工方法以及由此制得的滚动轴承，具有以下优点：（1）轴承滚道形状设计不再受加工方法的限制，与滚动体相接触的套圈滚道截形可以设计为定曲率滚道，也可以设计为变曲率滚道，在一些工况下可以充分发挥变曲率滚道和滚动体之间接触应力均匀、摩擦小、温升低、工作载荷与速度高的优势。比如，对与滚珠接触的套圈沟形滚道，其截面形状可以设计为椭圆或复合曲线，与滚珠形成2点或多点接触，以提高轴承的接触刚度，从而提高轴承的动态密封精度和轴承的承载能力；还可以在沟形滚道底部开储脂槽，提高轴承的润滑性能；对滚子轴承套圈滚道母线可以设计为任何工况所需要的凸形和凸量，从而避免滚子端部与滚道接触时形成的应力集中现象，提高轴承的运行平稳性和运行可靠度；（2）套圈所有表面均硬车成型，尤其是滚道、滚道挡边、油沟、套圈挡边和密封槽均以内、外套圈使用时的安装配合表面为基准定位加工，对大尺寸轴承（相应密封槽宽度较大）甚至在一次装卡定位中硬车成型，保证了各表面自身的形状精度和各表面之间的相互位置精度，从而显著提高了轴承的运转精度和密封精度，加之密封槽硬车之后不再进行热处理，不存在热处理变形问题，使得整套轴承的密封精度从原理和加工方法上得到了非常可靠的保证；（3）套圈各表面均一次加工精密硬车成型，同一表面没有经过多台设备、多次装卡定位，从而避免了定位误差和误差复映，使得各表面，尤其是滚道表面的不圆度误差、波纹度误差和滚道形状误差得以良好控制，提高了轴承的运行平稳性和运行可靠度；（4）不同于磨削和超精加工的材料随机去除方式，硬车加工属于材料定向切除方式，尤其是数控车床的采用，即便对于变曲率滚道和异型滚道（例如楔形滚道），照样可以精密加工，且能保证很高的滚道形位精度，这对降低轴承的振动噪声、提高轴承的运行可靠度非常有利；（5）不存在磨削和超精加工中，因砂轮和油石上的磨粒脱落而又没有及时排出加工区域时，引起已加工滚道面的划伤、轧伤问题，硬车从原理上可以获得无局部几何缺陷的滚道表面，使滚道面的形状和性能都得以良好控制，从而控制甚至避免磨损源和疲劳源的产生，实现抗疲劳制造，提高了整套轴承的运行可靠度和运行寿命；（6）避免了磨削产生的滚道表面磨削烧伤、磨削变质层以及形成的表面拉应力，硬车获得了高硬度、压应力的表面和次表面优异性能，从而显著提高了轴承的承载能力和抗疲劳能力，提高了轴承的运行可靠度和运行寿命；（7）硬车加工的柔性很强，很多形状复杂，磨削和超精几乎无法制作成型的套圈，硬车全部可以很高的精度制作出来，且套圈形状越复杂，硬车相对于磨削和超精的优势越明显，从而拓宽了高性能非标轴承的设计制作范围，缩短了高性能非标轴承的研发周期；（8）硬车加工工序少，加工动用的设备类型和数量少，需要准备的工装卡具少，投入的劳动力少，是经济高效的；同时，加工过程甚至可以不采用切削液这一化工物品（干切削，干式硬车），因此可以做到最大限度的环保，对于滚动轴承的绿色设计和制作具有重要的意义。

为获得更高的加工精度，一般采取数控硬车机床。同时，因为硬车产生切削抗力很大，需要机床主轴、导轨和滚珠丝杠以及整台机床具有很高的刚度。硬车加工材料的硬度都比较高，因此要选用特殊材料制作的刀具，比如金刚石刀具、立方氮化硼（CBN）刀具、聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具、陶瓷刀具、硬质合金刀具以及各种高性能涂层及自润滑刀具。套圈材料涵盖所有已用于制造轴承套圈的材料和可用于制造轴承套圈的材料，包括钢材、工程陶瓷、工程塑料、碳石墨以及各种复合材料等，根据加工套圈的材料和形状，选择没有切削液的干切削工艺或有切削液的湿切削工艺。

轴承套圈整体精密硬车成型，既不同于现有技术中，对热处理过的轴承套圈倒角进行硬车改制或在不带密封槽的轴承套圈上硬车密封槽改制，又不同于非磨轴承套圈成型工艺。改制只是对热处理过的套圈无法进行磨削加工的局部表面（一般是倒角或密封槽）进行硬车，并不涉及包括套圈滚道在内的其它重要表面；非磨轴承一般用在转速和载荷都比较低的场合，没有特别的精度要求，套圈一般是冲压成型，不涉及套圈热处理后的磨削或硬车加工，更不涉及精密硬车。

精密硬车不同于套圈在淬火前的软车，精密硬车套圈的硬度一般在45HRC之上，典型的硬度范围为58HRC至68HRC。

精密硬车不同于普通的硬车，精密硬车表面的几何精度和形位精度可达半精磨乃至超精研的水平，比如轴承套圈滚道的表面粗糙度Ra可小于0.15微米，不圆度小于0.25微米，尺寸公差小于5微米。

需要说明的是，套圈整体精密硬车成型意指组成轴承的外圈（外滚道所在的轴承零件或部件）和内圈（内滚道所在的轴承零件或部件）上包括轴承滚道在内的各主要表面是在套圈整体宏观达到设计硬度后（例如金属套圈热处理后）主要依靠车削加工（硬车）精密成型的，但这并不排除套圈上个别表面（例如填球缺口）采用硬铣削、硬拉削等硬车以外的硬切削加工方式来完成，也不排除套圈上个别表面及个别区域（例如外球面轴承内圈上的紧定螺钉孔）在套圈整体宏观达到设计硬度前（例如金属套圈热处理前）依靠软加工方式（例如钻孔）来完成，更不排除，对滚道采取局部感应淬火或对非滚道部位采取局部退火的套圈，硬车时同时切除不同硬度的表面（局部感应淬火后套圈滚道的硬度要比其它部位的硬度高，非滚道部位局部退火后，退火区域的硬度比其它部位的硬度要低）。套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法，也不排除套圈整体精密硬车成型后对套圈进行的以防护为目的的表面化学热处理，比如磷化、镀锌、喷涂绝缘层，也不排除套圈整体精密硬车成型后对滚道进行的以进一步提高硬度、自润滑性、耐磨性和抗疲劳性等为目的的滚道表面及次表面处理。

本发明不仅适用于单列球轴承和单列滚子轴承，同时适用于双列和多列球轴承、双列和多列滚子轴承以及双列和多列同时包含球列和滚子列的滚动轴承，滚子轴承包括圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、调心滚子轴承和滚针轴承，因此适合所有类型、尺寸、结构和材料的滚动轴承。对双列或多列滚动轴承，套圈上的双列或多列滚道在一次装卡定位中精密硬车成型，能更好保证各滚道间高的相互位置精度。

综上所述，本发明套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法，使轴承套圈各表面尤其是滚道表面获得了很高的形位精度和性能，提高了滚道的表面完整性，实现了轴承套圈的抗疲劳制造，且对定曲率滚道、变曲率滚道、底部带储脂沟槽的沟形滚道以及楔形滚道都能进行高效精密加工，相比现有技术加工方法，在轴承性能提高方面优势突出。采用整体精密硬车成型套圈合套装配而成的滚动轴承，与现行滚动轴承相比，具有更高的密封精度、轴承刚度、抗磨损能力和承载能力，从而具有更高的运行可靠度和更长的运行寿命。

同时，套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法，套圈整体精密硬车成型，使得包括滚道在内的主要表面均以同样的定位基准、一个表面一次加工成形，甚至所有主要表面可在一次装卡定位中精密硬车成型，在使轴承滚道形状和性能同时受控的同时，还具有设备和工装投入少、效率高等优势，加之可选择采用干切削、半干切削（微量切削液供给冷却或气体冷却），因此为整套滚动轴承的绿色制造打下了很好的基础，同时，套圈整体精密硬车成型加工的柔性，也使得面向不同工况的多品种、个性化、高性能滚动轴承的定制成为现实。

附图说明

图1定曲率沟形滚道—单一圆弧。

图2变曲率沟形滚道—单一椭圆弧。

图3变曲率沟形滚道—桃形。

图4变曲率沟形滚道—去尖桃形。

图5变曲率沟形滚道—底部带U形储脂沟槽。

图6变曲率沟形滚道—底部带圆弧形储脂沟槽。

图7定曲率非沟形滚道—一段直线。

图8定曲率非沟形滚道—三段直线。

图9变曲率非沟形滚道—对数曲线。

图10非沟形滚道—楔形滚道。

图11套圈整体精密硬车成型的单列密封四点接触球轴承。

图12图11中的球轴承外圈—椭圆滚道。

图13图11中的球轴承内圈—椭圆滚道。

图14套圈整体精密硬车成型的单列对数凸度滚道圆柱滚子轴承。

图15图14中的圆柱滚子轴承的外圈—对数凸度滚道。

图16图14中的圆柱滚子轴承的内圈—对数凸度滚道。

图17套圈整体精密硬车成型的一列球一列滚子密封轴承。

图18图17中的轴承的外圈—去尖桃形滚道、直线滚道。

图19图17中的轴承的内圈—去尖桃形滚道、直线滚道。

图20图18和图19中的去尖桃形滚道放大示意图。

图中代号说明

图1中，11为直径Db的滚珠，12为套圈，121为单一圆弧沟形滚道，滚珠与滚道有一个名义接触点如图中圆形实心黑点。

图2中，21为直径Db的滚珠，22为套圈，221为单一椭圆弧沟形滚道，椭圆弧所在椭圆的长轴为2a，短轴为2b，滚珠与滚道有两个名义接触点如图中圆形实心黑点，接触角为α。

图3中，31为直径Db的滚珠，32为套圈，321为桃形滚道右半部分，322为桃形滚道左半部分，滚珠与滚道有两个名义接触点如图中圆形实心黑点，接触角为α。

图4中，41为直径Db的滚珠，42为套圈，421为去尖桃形滚道右半部分，422为去尖桃形滚道左半部分，423为去尖桃形滚道底部圆弧，该圆弧与桃形滚道左、右两半圆弧相切，滚珠与滚道有两个名义接触点如图中圆形实心黑点，接触角为α。

图5是图3桃形滚道底部带U形储脂沟槽，51为直径Db的滚珠，52为套圈，521为桃形滚道右半部分，522为桃形滚道左半部分，滚珠与滚道有两个名义接触点如图中圆形实心黑点，接触角为α，523为U形储脂沟槽。

图6是图3桃形滚道底部带圆弧形储脂沟槽，61为直径Db的滚珠，62为套圈，621为桃形滚道右半部分，622为桃形滚道左半部分，滚珠与滚道有两个名义接触点如图中圆形实心黑点，接触角为α，623为圆弧形储脂沟槽。

图7中，71为滚子，72为套圈，721为一段直线滚道，722为滚道挡边，723为油沟。

图8中，81为滚子，82为套圈，821为三段直线滚道，822为滚道挡边，823为油沟。

图9中，91为滚子，92为套圈，921为对数凸度滚道，922为滚道挡边，923为油沟。

图10中，101为直径Db的圆柱滚子或滚针，102为单向轴承外圈，1021为外圈滚道其中一个楔形面，1022为外圈滚道其中一个楔形槽，外圈滚道由若干沿圆周方向均布的楔形面和楔形槽组成。

图11中，111为外圈，112为内圈，113为滚珠，114为保持器，115为润滑脂，116为密封件。

图12中，1111为外圈外圆表面，1112为外圈两端面，1113为外圈滚道，其截面为椭圆弧形，1114为外圈挡边，1115为外圈密封槽。

图13中，1121为内圈内圆表面，1122为内圈两端面，1123为内圈滚道，且截面为椭圆弧形，1124为内圈挡边，1125为内圈密封槽。

图14中，141为外圈，142为内圈，143为滚子，144为保持器。

图15中，1411为外圈外圆表面，1412为外圈两端面，1413为外圈滚道，滚道截形为带凸度对数曲线。

图16中，1421为内圈内圆表面，1422为内圈两端面，1423为内圈滚道，滚道截形为带凸度对数曲线，1424为滚道挡边，1425为滚道油沟，1426为内圈挡边。

图17中，171为外圈，172为内圈，173为滚珠，174为滚子，175为滚珠列保持器，176为滚子列保持器，177为润滑脂，178为密封件。

图18中，1711为外圈外圆表面，1712为外圈两端面，1713为外圈滚珠列滚道，截面为去尖桃形，1714为外圈滚子列滚道（外圈挡边），截面为直线，1715为密封槽。

图19中，1721为内圈挡边（内圈滚子列滚道1724，截面为直线），1722为内圈两端面，1723为内圈滚珠列滚道，截面为去尖桃形。

图20中，Db为滚珠直径，O为滚珠圆心，O1和O2分别为桃形滚道右半圆弧和左半圆弧的圆心，R为桃形滚道底部倒圆（去尖）的半径。

具体实施方式

本发明套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法，以精密硬车代替磨削乃至超精加工制造轴承套圈，从而克服了套圈磨削存在的一系列质量、技术、效率、成本、环境等问题，在滚动体、润滑剂、保持器和密封件相同且保持在较高质量水平的情况下，采用整体精密硬车成型加工方法制作的滚动轴承相比现行采用磨削加工方法制作的滚动轴承，具有更高的运转精度、密封精度、运转可靠性和更长的服役寿命。同时，套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法，对变曲率沟形滚道和非沟形滚道的加工制作优势比定曲率沟形滚道和非沟形滚道的优势更加明显，这就使得，套圈滚道的截形可以面向工况进行设计，只要能设计出来，就可以精密硬车出来，因此，在精密硬车加工方法下，采用变曲率滚道设计，将明显改善滚动体与滚道的接触应力、提高轴承的接触刚度、避免滚子端部和滚道接触的应力集中，所有这些，都会进一步提升轴承的运行可靠度和运行寿命。

套圈整体精密硬车成型后，如果运行工况对滚道粗糙度有更高的要求，可以对滚道进行超精研、滚压、滚光或抛光加工。

以下结合附图，详细说明本发明。

实施例1、一种套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法，如图11-13，所述的滚动轴承为单列密封四点接触球轴承，包括内、外套圈112、111、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体113、保持器114、润滑脂115以及密封件116，包括以下步骤：

1）套圈加工，包括以下操作：

○1制备留有加工余量的半成品内、外套圈112、111，

○2将留有加工余量的半成品内、外套圈112、111淬火、回火热处理，

○3将热处理后的内、外套圈112、111分别进行整体精密硬车成型，

2）轴承合套装配，将步骤1）○3中的整体精密硬车成型后的内圈112、外圈111与成品滚动体113分选合套，并完成整套轴承的装配。

半成品内、外套圈112、111上未加工密封槽，其上加工的滚道，可以是与套圈成品滚道形状相仿的椭圆滚道或单一圆弧滚道。

套圈材料采用轴承钢GCr15，正常淬火，回火则根据轴承工作温度选择正常温度回火或高温回火，无论如何，回火后的硬度都会在HRC45以上。

外圈111整体精密硬车成型：首先以外圈挡边1114或端面1112定位，精密硬车外圆表面1111，然后以轴承使用时的安装配合表面—外圆表面1111为定位基准，依次精密硬车出椭圆滚道1113、挡边1114、双端面1112和密封槽1115。当轴承尺寸较大，密封槽1115足够宽时，整个外圈111的精密硬车加工可以是同一把刀具（比如PCBN单点车刀）；当轴承为中小尺寸，密封槽1115宽度有限时，密封槽1115的精密硬车需要采用与密封槽轮廓相仿的成型车刀（比如硬质合金成形车刀）。

内圈112整体精密硬车成型：首先以内圈挡边1124或端面1122定位，精密硬车内圆表面1121，然后以轴承使用时的安装配合表面—内圆表面1121为定位基准，依次精密硬车出椭圆滚道1123、挡边1124、双端面1122和密封槽1125。当轴承尺寸较大，密封槽1125足够宽时，整个内圈112的精密硬车加工可以是同一把刀具（比如PCBN单点车刀）；当轴承为中小尺寸，密封槽1125宽度有限时，密封槽1125的精密硬车需要采用与密封槽轮廓相仿的成型车刀（比如硬质合金成形车刀）。

外圈111和内圈112和整体精密硬车成形后，包括粗糙度在内的加工精度可以达到精磨的水平，如果根据轴承运行工况，精密硬车后无需对滚道表面作进一步超精加工时，精密硬车后即全部达到轴承成品套圈的切削要求；如需对滚道表面作进一步超精密加工时，则精密硬车滚道时要留有余量，然后通过超精研、滚压、滚光或抛光进一步降低滚道表面的粗糙度。

对外圈111、内圈112进行滚道直径分选以与滚动体113组配出满足成品轴承要求的游隙时，由于套圈滚道为椭圆弧，与滚动体113的接触并不在滚道底部，因此需要将套圈滚道上与轴承设计游隙直接相关的接触点处的直径换算成滚道底部直径并将其作为合套尺寸，进行套圈与滚珠的分选合套，实现对轴承游隙的控制。

外圈111、内圈112、滚珠113分选合套后，加装保持器114即制得开式轴承，加注润滑脂115和密封件116即制得图11所示的套圈整体精密硬车成型的单列密封四点接触球轴承。

实施例2、一种套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法，如图14-16，所述的滚动轴承为单列对数凸度滚道圆柱滚子轴承，包括内、外套圈142、141、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体143、保持器144，包括以下步骤：

1）套圈加工，包括以下操作：

○1制备留有加工余量的半成品内、外套圈142、141，

○2将留有加工余量的半成品内、外套圈142、141淬火、回火热处理，

○3将热处理后的内、外套圈142、141分别进行整体精密硬车成型，

2）轴承合套装配，将步骤1）○3中的整体精密硬车成型后的内圈142、外圈141与成品圆柱滚子143分选合套，并完成整套轴承的装配。

半成品内、外套圈142、141上未加工油沟，其上滚道加工为直线。

套圈材料采用轴承钢GCr15，正常淬火，回火则根据轴承工作温度选择正常温度回火或高温回火，无论如何，回火后的硬度都会在HRC45以上。

外圈141整体精密硬车成型：首先以外圈滚道1413或端面1412定位，精密硬车外圆表面1411，然后以轴承使用时的安装配合表面—外圆表面1411为定位基准，依次精密硬车出对数凸度滚道1413、双端面1412。

内圈142整体精密硬车成型：首先以内圈滚道1423或套圈挡边1426或端面1422定位，精密硬车内圆表面1421，然后以轴承使用时的安装配合表面—内圆表面1421为定位基准，依次精密硬车出对数凸度滚道1423、滚道挡边1424、油沟1425和双端面1422。

外圈141和内圈142整体精密硬车成形后，包括粗糙度在内的加工精度可以达到精磨的水平，如果根据轴承运行工况，精密硬车后无需对滚道表面作进一步超精加工时，精密硬车后即全部达到轴承成品套圈的切削要求；如需对滚道表面作进一步超精密加工时，则精密硬车滚道时要留有余量，然后通过超精研、滚压、滚光或抛光进一步降低滚道表面的粗糙度。

对外圈141、内圈142和圆柱滚子143分选合套，加装保持器144即制得图14所示的整体精密硬车成型的单列对数凸度滚道圆柱滚子轴承。

实施例3、一种套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法，如图17-20，所述的滚动轴承为一列球一列滚子密封轴承，包括外圈171、内圈（芯轴）172、嵌入内、外圈沟形滚道之间的滚珠173、嵌入内、外圈非沟形滚道之间的圆柱滚子174、滚珠保持器175、滚子保持器176、润滑脂177以及密封件178，包括以下步骤：

1）套圈加工，包括以下操作：

○1制备留有加工余量的半成品内、外套圈172、171，

○2将留有加工余量的半成品内、外套圈172、171淬火、回火热处理，

○3将热处理后的内、外套圈172、171分别进行整体精密硬车成型，

2）轴承合套装配，将步骤1）○3中的整体精密硬车成型后的内圈172、外圈171与成品滚珠173、成品滚子174分选合套，并完成整套轴承的装配。

半成品内、外套圈172、171上未加工密封槽，其上加工沟形滚道，可以是与套圈成品滚道形状相仿的桃形滚道或圆弧形滚道，其上加工直线形非沟形滚道。

外圈171材料采用轴承钢GCr15，正常淬火，回火则根据轴承工作温度选择正常温度回火或高温回火，无论如何，回火后的硬度都会在HRC45以上；内圈172不同于一般的轴承内圈，是一实心轴，而滚道直接加工在这根轴上，内圈采用轴承钢GCr15或渗碳钢，当采用轴承钢GCr15时，采用高频淬火、回火，以达到“皮硬心软”，当采用渗碳钢时，先进行渗碳，然后进行淬火和低温回火，同样要达到“皮硬心软”，回火后的硬度同样会在HRC45以上，轴承内圈172特殊的热处理方式，是为了防止内圈172在安装或使用过程中的断裂。

外圈171整体精密硬车成型：首先以外圈挡边1714或端面1712定位，精密硬车外圆表面1711，然后以轴承使用时的安装配合表面—外圆表面1711为定位基准，依次精密硬车出去尖桃形滚道1713、双端面1712、直线滚道（套圈挡边）1714和密封槽1715。当轴承尺寸较大，密封槽1715足够宽时，整个外圈171的精密硬车加工可以是同一把刀具（比如PCBN单点车刀）；当轴承为中小尺寸，密封槽1715宽度有限时，密封槽1715的精密硬车需要采用与密封槽轮廓相仿的成型车刀（比如硬质合金成形车刀）。

内圈172整体精密硬车成型：首先以芯轴172外径表面（部分）定位精密硬车外径表面（另一部分），最终完成整个芯轴外圆表面1721（直线滚道表面1724）的精密硬车成型，然后以轴承使用时的安装配合表面—芯轴外圆表面1721为定位基准，依次精密硬车出去尖桃形滚道1723和双端面1722。

该轴承外圈非沟形滚道和内圈非沟形滚道，滚道表面都是其所在套圈沟形滚道挡边的其中一部份（一段）。

外圈171和内圈172整体精密硬车成形后，包括粗糙度在内的加工精度可以达到精磨的水平，如果根据轴承运行工况，精密硬车后无需对滚道表面作进一步超精加工时，精密硬车后即全部达到轴承成品套圈的切削要求；如需对其中一列滚道或全部两列滚道表面作进一步超精密加工时，则精密硬车滚道时要留有余量，然后通过超精研、滚压、滚光或抛光进一步降低滚道表面的粗糙度。

对外圈171、内圈172进行滚道直径分选以与滚珠173组配出满足成品轴承要求的游隙时，由于套圈滚道为去尖桃形，与滚珠173的接触并不在滚道底部，因此需要将套圈滚道上与轴承设计游隙直接相关的接触点处的直径换算成滚道底部直径并将其作为合套尺寸，进行套圈与滚珠的分选合套，实现对轴承游隙的控制。

外圈171、内圈172、滚珠173、滚子174分选合套后，分别加装滚珠列保持器175和滚子列保持器176即制得开式轴承，加注润滑脂177和密封件178即制得图17所示的套圈整体精密硬车成型的一列球一列滚子密封轴承。

在上述实施例中，轴承外圈和内圈沟形滚道可以面向轴承运行工况设计为任意定曲率沟形滚道和变曲率沟形滚道，且截面形状包括但不限于单一圆弧、椭圆、双曲线、抛物线和复合曲线，所述的复合曲线包括尖桃形和去尖桃形，沟形滚道的底部还可以开储脂沟槽，这些沟形滚道的精密硬车成型方法和实施例所列举沟形滚道的成型方法相同或相近。沟形滚道采用不同的滚道截形，由此与滚珠形成不同的接触形式、接触点数、接触载荷和接触刚度。尤其是变曲率沟形滚道，一个套圈滚道能与滚珠形成2个甚至更多的接触点，由于滚珠不与滚道底部接触，黏附在滚道底部的润滑脂不会被滚珠刮走，从而使得滚道底部具有储脂功能，提高了轴承的润滑寿命，底部带储脂沟槽的沟形滚道，这种效果会更加明显；由于提高了轴承在径向、轴向和角向的接触刚度，从而进一步提高了轴承的动态密封精度和额定动载荷，提高了轴承的运行可靠度和运行寿命，特别适合于运行工况比较苛刻的汽车硅油风扇离合器轴承、汽车发电机轴承、汽车张紧轮轴承、汽车空调电磁离合器轴承、木材加工机械轴承、扶手电梯轴承等工作在粉尘或介质侵袭环境、外圈旋转、皮带驱动、外部载荷较大等因此对轴承的密封精度、刚度、承载能力和运行可靠度要求较高的场合。

在上述实施例中，轴承外圈和内圈非沟形滚道可以面向轴承运行工况设计为任意定曲率非沟形滚道和变曲率非沟形滚道，且截面形状包括但不限于单一直线、三段直线、单一大圆弧、对数曲线、双曲线、两段直线夹一段圆弧、多段圆弧和复合曲线；还包括楔形滚道和凸量为>0至0.5毫米的凸形滚道，这些非沟形滚道的精密硬车成型方法和实施例所列举非沟形滚道的成型方法相同或相近。非沟形滚道采用不同的滚道截形，由此与滚子形成不同的接触形式和接触应力分布形式、接触载荷、接触刚度。尤其是凸形滚道，由于避免了滚子端部接触的应力集中，从而改善了接触微区的应力状态，提高了轴承的承载能力，提高了轴承的运行可靠度和运行寿命。特别适合于运行工况比较苛刻的高速精密机床主轴滚子轴承、螺杆空压机滚子轴承等运行可靠度要求比较高的滚子轴承。滚道精密硬车加工成型使得凸量较大的凸形滚道，比如凸量（或凸度）为0.05毫米，都可以不费力地加工出来，这在超精形成凸度工艺方法下，是不可想象的。

可以看出，只要工况需要，只要有利于提高轴承的运行可靠度和运行寿命，任何定曲率滚道、变曲率滚道甚至是异形滚道（如单向自锁轴承外圈的楔形滚道），所有能够设计出来的滚道都可以精密硬车成型，对滚道磨削成型方式显示出极大的优越性。

当滚道凸度较大时，轴承套圈合套分选时，应取凸形曲线的峰点量取滚道直径，对外圈滚道，此为最小滚道直径；对内圈滚道，此为最大滚道直径。

多列轴承，不管是多列滚珠轴承、多列滚子轴承甚至是多列滚珠与滚子并存轴承，其滚道精密硬车成型方法与实施例相同或相似，不过，对多列轴承，同一套圈上的所有列滚道，均可在一次装卡定位中精密硬车成型，保证了所有列滚道的相互位置精度，相对滚道磨削加工优势更加明显，尤其是对（1）不同列滚道间距比较大和（2）滚珠列和滚子列并存轴承，一次定位装卡，几乎不可能将同一个套圈上的滚道全部磨削出来。

套圈整体精密硬车成型可以达到精磨的精度等级，因此，对决大多数工况轴承套圈，整体精密硬车成型的套圈无需再作进一步的超精密加工，但对有些特殊工况，需要更低的表面粗糙度，滚道精密硬车时，可留适当加工余量，等精密硬车后，再对滚道进行超精研、滚压、滚光、抛光等超精密加工，但即便是超精研，也与现有技术超精研有所不同，现有技术超精研是为了消除磨削缺陷，包括磨削粗糙度、磨削变质层等，由于磨削滚道散热条件较差，因此导致磨削变质层较重、较深，因此，要将磨削变质层除去，就需要很大的超精量，如可达20微米，这一方面牵涉到效率和成本，另一方面过大的超精量也是对切入磨削获得的较好的滚道截形的一种破坏；而精密硬车由于散热条件较好，滚道切削变质层相对较薄，因此，需要的超精量可比现行技术磨削后超精量减少1/3至1/2，既提高了效率，又使超精对精密硬车获得的滚道截形的破坏控制在一定的程度。

由于现有技术轴承套圈滚道采用磨削成型，因此，滚道油沟实际上就是砂轮磨削越程槽，在本发明套圈整体硬车成型加工方法下，砂轮磨削越程槽不再必须，油沟可以取消或按照精密硬车加工的方便进行设计。

实施例列举了球轴承和球列滚道，圆柱轴承及圆柱列滚道，但套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法绝不局限于这些类型的滚道和轴承，现行存在以及今后出现的所有滚道、所有滚动轴承套圈、所有滚动轴承，本发明加工方法均完全适用，具体实施方法与实施例给出的实施方法相同或相近，因此，本发明加工方法及依此加工方法制作的轴承涵盖了所有类型、结构、尺寸、精度、润滑方式的滚动轴承。实施例中轴承内、外套圈半成品采用现有技术包括软车、软磨、冷辗扩、粉末冶金等方法制得；套圈以外的其它零件的制作方法同现有技术。

套圈整体精密硬车成型加工方法不仅适用于钢制轴承套圈，同时适合由工程陶瓷、工程塑料、碳石墨、复合材料制得的轴承套圈。

本发明套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法，一般采用数控车床，采用无切削液的干式切削或有切削液的湿式切削，刀具材料可选用立方氮化硼、聚晶立方氮化硼、陶瓷、金刚石、硬质合金等。

本发明套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法，套圈整体采用精密硬车成型，克服了套圈磨削和超精加工成型带来的一系列技术问题、质量问题、效率问题和环保问题：磨削烧伤、磨削变质层、磨削表面拉应力、超精破坏磨削已经获得的滚道形状、砂轮和油石脱落物轧伤划伤滚道表面、各表面相互位置精度不够高、密封槽热处理变形、变曲率滚道和异形滚道难以加工、效率低、成本高、所有工序均需要切削液、诸多工序套圈流转容易产生锈蚀和磕碰伤等，开拓了轴承套圈加工成型的新出路。单就轴承套圈工作性能的提升来讲，套圈整体精密硬车成型，使得被加工面的形状和性能都得以控制，保证了被加工表面的完整性，属于抗疲劳制造，因此，套圈整体精密硬车成型的滚动轴承，相对于现行技术滚动轴承具有旋转精度高、密封精度高、承载能力强、耐磨损和抗疲劳等一些列优势，具有更高的运行可靠度和更长的运行寿命，其发明制作非常具有工程实际意义。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (11)

1.一种套圈整体精密硬车成型的滚动轴承的加工方法，所述的滚动轴承包括套圈、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体，其特征在于包括以下步骤：

1）套圈加工，包括以下操作：

○1制备留有加工余量的半成品内、外套圈，

○2将留有加工余量的半成品内、外套圈淬火、回火热处理，

○3将热处理后的内、外套圈分别进行整体精密硬车成型，

2）轴承合套装配，将步骤1）○3中的整体精密硬车成型后的内圈、外圈与成品滚动体分选合套，并完成整套轴承的装配。

2.如权利要求1所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：步骤1）○3中所述的整体精密硬车成型包括精密硬车基准面，达到轴承成品套圈设计要求；然后以所述的基准面为准，装卡定位，精密硬车其余部位，达到轴承成品套圈设计要求。

3.如权利要求2所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：所述的基准面是内、外套圈使用时的安装配合表面。

4.如权利要求2或3所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：所述的其余部位包括套圈的滚道、滚道挡边、滚道油沟、套圈挡边和密封槽。

5.如权利要求4所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：所述的套圈的滚道包括定曲率沟形滚道，其截面形状包括单一圆弧；变曲率沟形滚道，其截面形状包括椭圆、双曲线、抛物线和复合曲线，所述的复合曲线包括尖桃形和去尖桃形；以及底部带储脂沟槽的沟形滚道。

6.如权利要求4所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：所述的套圈的滚道包括定曲率非沟形滚道，其截面形状包括单一直线、三段直线和单一大圆弧；变曲率非沟形滚道，其截面形状包括对数曲线、双曲线、两段直线夹一段圆弧、多段圆弧和复合曲线；还包括由若干楔形面和楔形槽组成的楔形滚道以及凸量为>0至0.5毫米的凸形滚道。

7.如权利要求1所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：所述的套圈材料包括轴承用钢材、工程陶瓷、工程塑料、碳石墨和复合材料。

8.根据权利要求1所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：在所述的步骤1）○1中，所述的轴承内、外套圈半成品是采用现有技术包括软车、软磨、冷辗扩或粉末冶金方法制得的。

9.根据权利要求1所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：所述的步骤2）中，当分选合套时，对变曲率或底部开储脂沟槽的沟形滚道，滚珠与外圈滚道或内圈滚道呈两点接触时，接触点不在套圈滚道底部，将套圈滚道上与轴承设计游隙直接相关的接触点处的直径换算成滚道底部直径并将其作为合套尺寸，进行套圈与滚珠的分选合套，实现对轴承游隙的控制。

10.如权利要求1所述的滚动轴承的加工方法，其特征在于：在所述的步骤1）○3之后还包括步骤1）○4，所述的步骤1）○4是对内、外套圈的滚道和滚道挡边进行超精研、滚压、滚光或抛光加工。

11.适于用权利要求1所述方法加工的滚动轴承，其特征是所述滚动轴承内、外套圈的滚道截面形状包括：定曲率和变曲率沟形滚道；底部带储脂沟槽的沟形滚道以及定曲率和变曲率非沟形滚道；还包括楔形滚道以及凸形滚道。

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