CN1320286C - 微型滚珠轴承的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造微型滚珠轴承的方法，其能够减少材料损失并提高制造效率。该方法包括下述步骤：通过对第一坯料进行切割而得到一个内环和外环坯料；对第一坯料进行锻造，从而得到一个最终坯料；分离最终坯料，从而形成一个外环坯料和一个内环坯料。外环坯料的外径最大为13mm。对第一坯料进行切割的操作是通过机械切割和机械加工的方式来完成的。

Description

微型滚珠轴承的制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求申请日为2002年2月21日的未审结的日本专利申请第2002-045132号的全部优先权。
发明领域
本发明涉及一种用于制造受到径向载荷的滚珠轴承的制造方法。
现有技术
受到径向载荷的滚珠轴承具有传统结构：内环被安装在外环的内侧。多个滚珠被安装在这些轨道环之间并进行滚动，这些滚珠之间的距离保持相等。由于滑动摩擦极其微小，因此这些滚珠通常用于各种机器的转动部分内。
但是，多年以来，人们已经采用过不同的方法来制造内环和外环。例如，图14和15示出了通过用钻头打出一个能够容纳内环的孔2的方式来制造外环。该孔位于圆杆形棒材之端面的中心处，这样就能够使端部的形状为环形。环形部分是通过将一个钻头从外侧推入位于环形部分较深处的外圆周部分内并同时转动棒材1的方式切割而成的，这样将得到了外环坯料3。外环是通过对外环坯料3进行机加工制成的。为制造内环，在图14所示的工艺中采用一种直径小于外环所用棒材之直径的棒材。
图15所示的制造工艺示出了将一个刀头(bit)推入正在旋转的管材4内的情形。将管材4切断，并形成外环坯料3。外环是通过对外环坯料3进行机加工得到的。此外，内环由直径小于外环所用管材之直径的管材制成。内环是通过图15所示的工艺制成的。
图14所示工艺的一个缺点在于：在加工孔形部分2时，棒材1的切割边缘就成为刨屑和切屑，这样，就会损失大量的材料。此外，切削油的用量也很大。尤其是在加工外环直径为13mm或更小的微型滚珠轴承的情况下，制造一件成品所造成的材料损失比例很高。例如，在制造宽度为5mm或更小的外环时，切削边缘在某些情况下可以达到成品外环宽度的50％，这样，将使效率极其低下。另外，在采用合适的处理工艺后，材料的刨屑和切屑就会被扔掉；尽管切削油可能会被再次使用，但是，当这些切削油被扔掉时，就会造成环境污染。因此，最好尽可能地减少这些废料的数量。此外，由于内环和外环是由不同尺寸的材料制成的，因此，一直有人抱怨限制材料成本的艰难和制造效率的低下。
另外，如果采用图15所示的方法制造内环和外环，而且外环的直径为13mm或更小，那么就很难加工，而且该方法也缺乏实用性。这种尺寸的管材其成本较高或者难以得到。此外，该方法与图14所示的方法的类似之处在于：材料损失率很高，而且对管材进行切割也会产生环境污染问题。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种可极大减少材料损失的微型滚珠轴承制造方法。该方法将限制环境污染并减少材料损失，从而提高制造效率。
本发明的技术方案如下：
根据本发明，提供一种用于制造微型滚珠轴承的方法，通过该方法能够得到一个外环坯料和一个内环坯料，该方法包括：通过机械切割和机加工由棒形材料切削出第一坯料；对所述第一坯料进行锻造，从而得到圆柱形第二坯料；切割所述第二坯料，从而得到多个最终坯料；分离所述多个最终坯料，从而对于每个最终坯料都得到一个外环坯料和一个内环坯料；其中：所述外环坯料的外径最大为13mm，内环坯料被布置在外环坯料内。
优选地，在所述锻造步骤中，同时钻出内环坯料的内径孔。
优选地，所述内环坯料的内径孔是在所述分离步骤前钻出的。
优选地，所述内径孔的内周面通过机械加工被精制成具有预定内径。
优选地，所述最终坯料的两个侧面通过机械加工被精制成具有预定宽度。
优选地，所述最终坯料的外周面通过机械加工被精制成具有预定外径。
优选地，加工出一个用于将所述最终坯料分离成内环坯料和外环坯料的沟槽。
本发明的第一实施例涉及一种用于在加工过程中得到外环坯料和内环坯料的方法。外环的外径为13mm或更小，内环安装在外环的内侧。
该方法的步骤包括以机械方式切割出第一坯料，通过该步骤对材料进行机械方式切割。接着，对第一坯料进行锻造，以得到最终坯料。将该最终坯料分离开，以得到外环坯料和内环坯料。
第二实施例包括以机械方式切割出第一坯料的步骤，通过该步骤对材料进行机械切割和机加工。对第一坯料进行锻造，从而得到第二坯料。接着，将第二坯料切割成圆形的薄切片，从而得到多个最终坯料。最后的步骤就是将这些最终坯料彼此分离开，以形成外环坯料和内环坯料。
上述术语“机械切割”和“机加工”是指使用了切割设备例如锯，或利用刀头进行切割，而刀头的切割将产生许多碎屑。
由于可用最终的坯料材料同时得到两种坯料，因此可以极大地减少材料的损失并提高了生产效率。此外，由于可对第一坯料进行锻造，从而形成一个最终的坯料，因此就减少了需由机械切割的切割面积和对材料的机加工处理，这样，也可以降低材料的损失。因此，本发明在制造微型滚动轴承(外径为13mm或更小，宽度小于或等于5mm)方面极其有效，但在现有技术中，材料损失比一般都很高。这样，就使微型滚动轴承更易于制造。此外，还降低了材料成本。
由于通过切割和分离第二坯料得到了多个最终坯料，因此第二坯料的宽度可被设定为能够分别得到多个外环坯料和内环坯料的尺寸。当然，第二坯料的宽度大于最终坯料的宽度，这一点对于在将坯料分离成外环坯料和内环坯料之前对坯料进行处理十分有利。
此外，还可将下述步骤添加到本发明中。
在第一和第二实施例的前述步骤中，可同时钻出内环的内径孔。就减少材料损失而言，通过锻造法钻出内环的内径孔比通过切削法更为有益。
在执行分离步骤之前，先在最终坯料上钻出内环的内径孔。最终坯料体积更大，比在分离后的内环坯料更容易处理，另外，还更容易形成内径孔。
在钻出内环的内径孔后，通过机加工操作例如切削或磨削将内径孔的内部圆周表面精加工成预定的内径。较大的最终坯料(第一实施例中的最终坯料和第二实施例中的第二坯料)比分离后的内环坯料更易于处理，而且更容易对内径孔进行精加工。此外，如果将这种对内径孔的精加工应用到第二实施例中，那么就可以在内环坯料上形成精确度高、均匀的内径孔。
此外，在执行分离步骤之前，还可以对最终坯料的两个边缘表面精加工成具有预定宽度的结构形式，或者将最终坯料的外圆周表面加工成具有预定外径的结构形式。这些精加工步骤可通过机加工操作例如切削或磨削来完成，而且由于这些坯料在分离前更容易处理，因此也更容易对其进行精加工。当对最终坯料的宽度进行精加工时，就可以以高精确度均匀地制成外环坯料和内环坯料。因此，无需单独精加工宽度，或者仅通过微调实现精加工。当对这些宽度分别进行精加工时，就需要对磨削操作进行控制，以使宽度均匀，但是，如果对最终坯料的宽度进行精加工，那么就没有必要对磨削操作进行控制。
此外，本发明还包括一种用于形成分离用沟槽的方法。这些沟槽能够将最终坯料分离成外环坯料和内环坯料，从而更容易将最终坯料分离开。
上述优点和特征仅是示例性的实施例。应该理解：这些内容并非是对本发明的限制，本发明的保护范围由权利要求书限定。参照附图，通过下面的说明将会清楚本发明的其它特征和优点。
附图说明
图1示出了本发明的第一操作模式的制造步骤；
图2示出了在第一操作模式下将棒材加工成最终坯料(finalblank)的示意侧视图；
图3生产了一个平面图(A)和剖视图(B)，图中示出了最终坯料的分离；
图4为由最终坯料得到的外环坯料和内环坯料的平面图(A)和剖视图(B)；
图5示出了在第一操作模式下装配完成的轴承的剖视图；
图6为本发明第二操作模式的制造步骤的示意图；
图7示出了一个最终坯料的平面图(A)和剖视图(B)，在第二操作模式下，该坯料上设置有一导槽(pilot groove)；
图8示出了本发明第三操作模式的制造步骤的示意图；
图9示出了在第三操作模式下设置有内径孔(inner diameterhole)的最终坯料的平面图(A)和剖视图(B)；
图10示出了本发明第四操作模式下的制造步骤的示意图；
图11示出了本发明第五操作模式下的制造步骤的示意图；
图12示出了在第五操作模式下由开始步骤到形成第二坯料的步骤的侧视图；
图13示出了在第五操作模式下在圆形部件上切割出最终坯料的步骤的侧视图；
图14为一个局部剖开的侧视图，图中示出了用于制造外环的传统方法的一个实例；
图15为一个局部剖开的侧视图，图中示出了用于制造外环的传统方法的另一实例。
对最佳实施例的详细说明
下面将对根据本发明用于制造微型滚动轴承(在下文中简称为轴承)的方法加以说明，其中微型滚动轴承的外环的外径为13mm或更小、宽度为5mm或更小。
A.第一操作模式
图1示出了本发明第一操作模式下的加工步骤(1)至(7)。下面，将对这些步骤进行顺序说明。
(1)切出第一坯料
如图2所示，圆柱形片状结构的第一坯料10是利用锯切出的，或者利用钻头切断的。片状部件是从已通过锻造被制造成圆杆形的棒材切割而成的。棒材1所用的材料可以是一种普通的轴承钢材料，例如已经受到预定的热处理的高碳铬轴承钢。
(2)通过锻造制成最终坯料
通过对第一坯料10进行锻造并沿轴向对其进行挤压，形成了图2所示的盘形最终坯料20。最终坯料20的外径和宽度约等于最终想要得到的轴承的外径和宽度。
(3)对宽度进行磨削
沿宽度方向对最终坯料20进行磨削处理，通过这种磨削处理最终坯料20的两个边缘表面被磨削，最终坯料20的宽度被精加工以使其宽度等于正在制造的轴承之宽度。
(4)对外周面进行磨削
对最终坯料20的外周面进行磨削处理，最终坯料20的外径被精加工以使其外径等于正在制造的轴承之外径。
(5)通过分离最终坯料的方式制造外环坯料和内环坯料
如图3所示，最终坯料20被切割并通过切割沿距中心有一预定距离的同心圆而被分离。外周侧的圆环被制成作为外环坯料30，内周侧的圆盘被制成作为内环坯料40。
(6)对外环坯料和内环坯料的后处理
对外环坯料30的内周面进行磨削处理，其内径被精加工成使其内径等于外环的内径尺寸。如图5所示，在内周面的宽度方向上的中心处、在一个端侧和另一端侧上分别加工出用于使滚珠运动的沟槽32、用于安装密封环的沟槽33和一个用于安装密封环的台阶部分34以及一个用于安装卡环(snap ring)的沟槽35。外环坯料30被精加工成外环30A。
另一方面，如图4所示，通过在内环上钻出一个内径孔41的方式对内环坯料40的中心进行切削，这样，就将内环坯料40加工成环形。对内环坯料40的外周面进行磨削处理，其外径被精加工成使该外径的尺寸等于内环外径的尺寸。接下来，对内环坯料40的内周面进行磨削处理，同时将内径精加工成使其尺寸等于内环的内径尺寸，如图5所示。用于使滚珠运动的沟槽42被形成在沿外周面的宽度方向的中心处。内环坯料40被精加工成内环40A。
(7)轴承的装配
当按照上述方式得到外环30A和内环40A时，将内环40A安装在外环30A的内侧，如图5所示。将预定数量的滚珠50插装到沟槽32和42内，以使其彼此相对。一个护圈51被安装到每个滚珠50上，从而以可自由滚动的方式等间隔地保持多个滚珠50。当完成洗涤和清洗操作后，将润滑油涂覆到护圈51和滚珠50之间。最后，将密封环52装配到外环30A的沟槽33内，并将另一密封环53安装到相对侧的台阶状部分34上。将卡环54装配到沟槽35内。在这种情况下，可通过用橡胶52b涂覆在芯件(core bar)52a上的方式形成密封环52，并可利用橡胶52b的弹性通过将密封环52安装到沟槽33内的方式使该密封环52被保持在它的合适位置上。此外，密封环53由金属制成，其位置由卡环54来保持。图5所示的轴承就是按照上述程序装配而成的。
由于可用最终坯料20同时得到两个环，即外环坯料30和内环坯料40，因此极大地减少了材料的损失，而且提高了制造效率。此外，由于最终坯料20是通过对第一坯料10进行铸造而成形的，因此棒材1的直径可以小于最终坯料20的直径，这样就使棒材的切削面积很小，从而减少了材料的损失。因此，对于制造外径为13mm或更小、宽度为5mm或更小的微型滚珠轴承而言，该方法极其有效，而且制造简单而容易。此外，由于减少了材料损失，因此也就降低了材料成本。这也限制了环境污染。
另外，在执行步骤(5)之前，即在将最终坯料20分离成外环坯料30和内环坯料40之前，最终坯料20的宽度是通过在步骤(3)中对其宽度进行磨削而被精加工成的，其外径是通过在步骤(4)中对最终坯料20的外周面进行磨削处理而被精加工成的。在上述的任意一种情况下，与分离前相比，由于一个工件更容易处理，因此也就可以更容易地完成精加工。尤其是在步骤(3)中切割宽度的时候，能够以高精确度得到具有均匀宽度的外环坯料30和内环坯料40，这样无需在分离后对外环坯料30和内环坯料40的宽度分别进行精加工。因此，提高了制造效率。
此外，内环40A的内径孔41可在步骤(2)中锻造时形成。由于内径孔41可通过锻造制成，因此其尺寸不很精确。因此，就在步骤(6)中的后加工时将内径精加工成所需的尺寸。如果内径孔是以这种方式在锻造步骤中形成的，那么还可以进一步减少材料损失。
上述的第一模式仅是实施本发明之方法的一个实例。其它操作模式是对第一模式的修改和变型。
B.第二操作模式
图6所示的方法包括一个额外的步骤(4)b，即在第一操作模式下的上述步骤(4)和上述步骤(5)之间增加一个“形成导槽”的步骤。在该步骤(4)b中，如图7所示，具有预定宽度的导槽22(用于分离的沟槽)用于将最终坯料20分离成外环坯料30和内环坯料40。导槽22被形成在最终坯料20的两个表面上。导槽22可通过切削或锻造形成。通过以这种方式形成导槽22，就能够降低在分离过程中作用于切削工具上的压力。分离操作可通过在下一步骤(5)中通过切削来实现，或者也可不用切削而利用压力机进行冲压完成分离操作。无论采用哪种方式，最终坯料20的分离操作都比较容易。
C.第三操作模式
如图8所示，在第三操作模式下的制造方法包括一个额外的步骤(4)c，即介于第一操作模式下的步骤(4)和步骤(5)之间的“形成内环的内孔”的步骤。如图9所示，在步骤4(c)，在分离最终坯料20之前，通过把最终坯料20的中心切掉的方式预先加工出一个内径孔41。因此，可以省去在步骤(6)中加工出内径孔41的工序。如果在分离最终坯料20之前已经加工出内径孔41，即最终坯料20大于内环坯料40，那么就会有下述优点：更易于对最终坯料20进行处理，而容易形成内径孔41而且也更容易制成坯料。
D.第四操作模式
如图10所示，在第四操作模式下的制造方法包括一个额外的步骤(4)-b，即在第三操作模式下的步骤4(c)和步骤(5)之间增加了第二操作模式下的步骤(4)-b。当在步骤4(c)中于最终坯料20的中心处加工出内环的内径孔41后，如图7所示的导槽22被形成于最终坯料20的两个表面上。接着，在步骤(5)中，将最终坯料20分离开来。
E.第五操作模式
如图11所示，在第五操作模式下的制造方法中，可通过机械切割从棒材1切削出一个圆柱形的第一坯料10B，如图12所示。第一坯料10B的长度被设定为能够分别得到多组外环坯料30和内环坯料40的长度尺寸。在下一步骤(2)中，执行锻造工序，以沿轴向挤压第一坯料10B，从而形成一个圆柱形的第二坯料20B，如图12所示。第二坯料20B的宽度被设定为能够分别得到多组外环坯料30和内环坯料40的宽度尺寸。在步骤(2)b中，第二坯料20B被切削成圆形部件，如图13所示，这样就形成了多个(在附图所示的情况下为2个)最终坯料20。第二坯料20B可在步骤(3)至步骤(7)中被切割成最终坯料20。此后，与上述第一操作模式相似，能在步骤(3)至步骤7中用最终坯料20得到外环坯料30和内环坯料40。步骤(3)至步骤(7)可按照上述任一操作模式执行。
当在成为最终坯料20之前的阶段内得到了第二坯料20B，那么就需要使坯料变厚，这样，在分离外环坯料30和内环坯料40之前有利于处理。对于在第五操作模式下通过切削圆形工件而得到多个最终坯料而言，可增加步骤(4)b或步骤(4)c。
这里，上述的每种操作模式都可应用到滚动部件是球形的微型滚珠轴承上，而且本发明可应用到将滚针和滚柱等用作滚动部件的所有类型的微型滚珠轴承上。
为方便读者的阅读和理解，上述的说明主要是针对所有可能实施例中的典型实例作出的，该典型实例体现本发明的原理并提供实施本发明的最佳模式。上述说明没有穷尽列举出所有可能的变型。也可以用其它未加以说明的可替代实施例来实施本发明，但均落入本发明的保护范围内。例如，如果对多个可替代实施例进行描述，那么在许多情况下可将不同实施例的部分或步骤组合在一起，或者将所述实施例的部分与其它未描述过的其它实施例中的部分组合在一起。应该知道：未加以说明的许多实施例均落入本发明的范围，而其它实施方式就是等同替换。

Claims (7)

1.一种用于制造微型滚珠轴承的方法，通过该方法能够得到一个外环坯料和一个内环坯料，该方法包括：
通过机械切割和机加工由棒形材料切削出第一坯料；
对所述第一坯料进行锻造，从而得到圆柱形第二坯料；
切割所述第二坯料，从而得到多个最终坯料；
分离所述多个最终坯料，从而对于每个最终坯料都得到一个外环坯料和一个内环坯料；
其中：所述外环坯料的外径最大为13mm，内环坯料被布置在外环坯料内。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：在所述锻造步骤中，同时钻出内环坯料的内径孔。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述内环坯料的内径孔是在所述分离步骤前钻出的。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于：所述内径孔的内周面通过机械加工被精制成具有预定内径。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述最终坯料的两个侧面通过机械加工被精制成具有预定宽度。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述最终坯料的外周面通过机械加工被精制成具有预定外径。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于还包括：加工出一个用于将所述最终坯料分离成内环坯料和外环坯料的沟槽。
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