CN1443948A - 小型滚珠轴承的制造工艺 - Google Patents

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Abstract

一种小型滚珠轴承的制造工艺，该工艺可以减少材料浪费而提高制造效率。该工艺包括：通过切割出一级坯件、锻造一级坯件获得终级坯件、分离终级坯件形成外、内环坯件而获得内环坯件和外环坯件，其中，外环坯件的外径至多为13mm，通过剪切进行一级坯件的切割。

Description

小型滚珠轴承的制造工艺
相关申请
本申请的优先权是2002.2.21申请的正在待审的日本专利申请，申请号为2002-044878。
技术领域
本申请涉及一种用来承受径向载荷的滚珠轴承的制造工艺。
发明背景
用来承受径向载荷的滚珠轴承的典型形状是内环置于外环的内表面。多个球置于这两个轨道环之间，球承受滚动运动以及彼此之间保持相同的距离。因为滑动摩擦非常小，所以滚珠轴承被广泛应用于各种机器的转动部分中。
然而，关于内、外环的各种制造方法已经沿用了很多年。例如，图14、15表示了一种在外环上钻出孔2以放置内环的情况。孔位于一个圆杆的端面的中心，使端面的形状为环形。旋转杆材1时，把钻头从环形部分的外侧向较深处的外周面推进以进行环形部分的切割，于是得到外环坯件3。外环是通过机械加工外环坯件3而得到的。为了制作内环，比用于外环的杆材直径小的杆材被用于图14所示的工艺中。
图15所示的制作工艺表示了一个钻头被推入一个旋转的管材4当中的情况。切断管材4外环坯件3就形成了。外环是通过机械加工外环坯件3而得到的。此外，内环是由比外环管材直径小的管材制成的。内环由图15所示的工艺制成。
图14所示的工艺的缺陷是孔2形成时，切下的杆材1的余量是薄片或碎片，这造成了原材料的很大浪费。此外，使用的切削油的数量是很大的。特别是当小型滚珠轴承外环的直径是13mm或以下时，制作一件成品时材料浪费的比率是很大的。例如，在外环的宽度是5mm或以下时，某些情况下得到的切下的余量可能达到外环宽度的50％。另外，当加工工艺之后剩下的材料薄片或碎片以及切削油被扔掉都可能导致环境污染，尽管切削油可能被再次利用。因此，尽可能减少这种浪费是有益的。而且，因为内外环是由不同尺寸的材料制成的，所以人们抱怨限制材料成本是困难的，生产效率很低。
此外，使用图15所示的工艺制造内外环，其中外环的外径是13mm或以下时，机械加工变得困难且这种工艺缺少实用性。这种尺寸的管材成本高且难于获得。而且，和图14所示的工艺类似，原材料浪费的比率很高且管材的切割引起环境污染。
发明概述
本发明的一个目的就是提供一种制作小型滚珠轴承的工艺，在这种工艺中，材料的浪费大大减少。这就会减少环境污染，降低材料成本，并提高生产效率。
本发明的第一个实施例涉及的是一种在制造过程中获得外环坯件和内环坯件的工艺。外环的外径是13mm或更小，内环置于外环的内侧。
这个工艺的步骤包括：机械切割材料而剪切出一级坯件，然后，锥造一级坯件以获得终级坯件，分离终级坯件以获得外环坯件和内环坯件。
第二实施例包括以下步骤：机械切割材料而剪切出一级坯件，锻造一级坯件以获得二级坯件，然后，将二级坯件切成圆片以形成多个终级坯件。最后一步是把这些终级坯件分离以形成外环坯件和内环坯件。
“剪切”意思是使用一种如带有强制剪切的切割工具，例如使用一种不产生薄片或碎片的冲模(mold die)。
由于从终级坯件可以同时获得两个坯件，所以原材料的浪费可以大大减少，生产效率提高。此外，由于使用的是剪切，当从原材料获得一级坯件时，没有原材料的浪费。如果我们把这种方法和用锯或车刀等需要切割边来进行切割的方法比较的话，其在降低原材料的浪费上有突出的优点。因此，本发明在制造小型滚珠轴承(外径是13mm或更小，宽度是5mm或更小)上非常有效，而以前制造这种小型滚珠轴承的原材料浪费的比率是很高的。于是，小型滚珠轴承就容易制造且降低了材料成本。
由于通过切割和分离二级坯件而得到了多个终级坯件，所以二级坯件的宽度设定为由此可以分别获得多个外环坯件和内环坯件。二级坯件的宽度自然比终级坯件的宽度宽，这就有利于在分离为外环坯件和内环坯件之前进行处理。
此外，本发明可以附加以下步骤。
在第一实施例和第二实施例的锻造步骤中，内环的内径孔被同时钻出。内径孔是采用锻造的方法而不是采用切割的方法，这有利于原材料浪费的减少。
在终级坯件被分为内环坯件和外环坯件的分离步骤前，在终级坯件上钻出内环的内径孔。终级坯件比分离步骤后的内环坯件大且易于加工，也易于形成内径孔。
在内环上钻出内径孔以后，内径孔的内表面就通过机械加工，如切削或研磨而加工成预定的内径。较大的终级坯件(第一实施例中的终极坯件及第二实施例中的二级坯件)比起分离后的内环坯件易于操作，因此易于加工形成内径孔。此外，如果把这种对内径孔的加工应用于第二实施例，就有可能使内环坯件的内径孔变得均匀，且带有很高的精度。
此外，在分离步骤前把终级坯件的两个端面加工到预定的宽度或把终级坯件外周面加工到预定的外径都是可能的。这些加工步骤可以由机械操作来完成，如切削或研磨，另外由于分离前的坯件易于操作，所以也易于加工。当终级坯件的宽度加工完成后，有可能高精度地同时制造外环坯件和内环坯件。因此，不需要单独加工宽度，或是仅仅作一个小的调整就可以进行加工。当宽度单独进行加工时，必需控制研磨以使宽度一致，然而，当加工终级坯件的宽度时这就变得不必要了。
此外，本发明包括一种用于分离的沟槽的制作方法。这种沟槽使得终级坯件分离为内环坯件和外环坯件，并使得终级坯件的分离变得容易。
以上所述特点和优点仅仅是一种代表性的说明。本领域的技术人员应该知道，本发明并不仅仅局限于权利要求所述。以下结合附图和权利要求的描述将使本发明其它的特点和优点更加清晰。
附图的简要说明
图1表示的是本发明第一种工作模式的制作工艺的方框图；
图2表示的是第一种工作模式把杆材压成终级坯件的侧视示意图；
图3表示的是分离终级坯件的平面图(A)和剖视图(B)；
图4表示的是从终级坯件获得的外环坯件和内环坯件的平面图(A)和剖视图(B)；
图5表示的是第一种工作模式下轴承装置的剖视图；
图6表示的是本发明第二种工作模式的制作工艺方框图；
图7表示的是第二种工作模式下在其上形成引导槽的终级坯件的平面图(A)和剖视图(B)；
图8表示的是本发明的第三种工作模式的制作工艺方框图；
图9表示的是在第三种工作模式下在其内部形成内径孔的终级坯件的平面图(A)和剖视图(B)；
图10表示的是本发明的第四种工作模式的制作工艺方框图；
图11表示的是本发明的第五种工作模式的制作工艺方框图；
图12表示的是本发明的第五种工作模式下初始步骤到获得二级坯件的侧视示意图；
图13表示的是第五种工作模式下终级坯件被切成圆片的侧视示意图；
图14表示的是传统工艺中一种制作外环时局部剖面的侧视图；
图15表示的是传统工艺中另一种制作外环时局部剖面的侧视图。
最优实施例的详细叙述
以下叙述的是本发明的一种小型滚珠轴承的制作工艺，该滚珠轴承外环的外径是13mm成更小，宽度是5mm或更小(此后的叙述中简称为轴承)。
A.第一种工作模式
图1表示的是本发明第一种工艺模式下的制作步骤(1)到(7)。接下来，我们将按顺序详细解释这些步骤。
(1)切割出一级坯件
如图2所示，圆柱形粒状的一级坯件10通过剪切获得。杆1为普通的轴承钢材料，如一种经过预先热处理的高碳铬钢。
(2)通过锻造形成终级坯件
通过锻造及轴向挤压一级坯件10，如图2所示的盘形的终级坯件20就形成了。终级坯件20的外径和宽度接近于最后形成的轴承的尺寸。
(3)宽度研磨
通过对终级坯件20的两个端面的研磨来对终级坯件进行宽度研磨，终级坯件20的宽度磨成所生产的轴承的宽度。
(4)外周面的研磨
终级坯件20的外周面要进行研磨，终级坯件20的外径研磨到所生产的轴承的外径。
(5)分离终级坯件以形成外环坯件和内环坯件
如图3所示，终级坯件20被切割并通过切割沿着距中央位置预定距离的同心圆分离。得到的外周上的环作为外环坯件30，内周上的盘作为内环坯件40。
(6)外环坯件和内环坯件的再处理
外环坯件30的内周表面被研磨，其内径加工成外环的内径尺寸。如图5所示，用于球运行的槽32、安装密封环的槽33、用于密封环安装的阶梯形部分34以及用于扣环安装的槽35分别形成在内周面的宽度方向上的中央处及一侧和另一侧形成。外环坯件30最终形成为外环30A。
另一方面，如图4所示，通过在内环上钻一个孔41，内环坯件40的中央被切下。于是，内环坯件40形成了环形。内环坯件40的外周面被研磨，其外径加工成内环的外径的尺寸。紧接着，内环坯件40的内周面被研磨，同时，如图5所示，其内径加工成内环的内径的尺寸。用于球运行的槽42形成在外周面的宽度方向上的中央处。内环坯件40加工成内环40A。
(7)轴承的安装
当外环30A和内环40A如上所述形成后，内环40A如图5所示置于外环30A的内侧。一预定数量的球50***槽32和42中并彼此面对。保持架51装配到每一个球50上，于是使球50在自由转动的情况下可以保持相等的间距。在清洗和漂洗后，润滑油加到保持架51和球50之间。最后，密封环52安装到外环30A的槽33中，另一个密封环53安装到相对侧的阶梯形部分34中。扣环54被安装到槽35中。在这种情况下，密封环52是由涂覆了橡胶52b的芯棒52a形成的，利用橡胶52b的弹性将其保持装配在槽33中的位置处。此外，密封环53是由金属制成的，其位置由扣环54保持。图5所示轴承的安装如上步骤所示。
由于两个环，外环坯件30和内环坯件40是从终级坯件20上同时得到的，所以材料的浪费大大减少，生产效率提高。此外，由于从杆材1获得一级坯件10是通过剪切的方式，所以材料的浪费也少。与采用需要切割边的锯或车刀进行切割的方法相比，本发明的方法大大减少了材料的浪费。于是，对于制作一个外径为13mm或更小、宽度为5mm或更小的小型滚珠轴承来说，这种方式极为有效，且制作工艺简单易行。此外，材料浪费减少，材料成本降低，同时限制了环境污染。
此外，在终级坯件20分离为外环坯件30和内环坯件40的步骤(5)之前，终级坯件20的宽度在步骤(3)中通过研磨其宽度来完成的，终级坯件20的外径是在步骤(4)中通过研磨其外周面来完成的。在任何一种情况下，由于和分离前进行比较工件更容易被加工，所以完成上述加工也变得更容易。特别是，在步骤(3)中进行宽度切割时，有可能高精度地获得外环坯件30和内环坯件40宽度的一致性，于是就不需要在分离后进行外环坯件30和内环坯件40各自的宽度加工，于是生产效率提高。
此外，内环40A的内径孔41可以在步骤(2)锻造的时候就形成。由于内径孔41通过锻造形成，因此它的尺寸不完全精确。于是，在步骤(6)进行再加工时需如上所述把内径加工成需要的尺寸。如果内径孔在锻造步骤中以这种方式形成，将进一步减少材料浪费。
以上所述仅仅是本发明的一种实施例。其他工作模式是第一模式的改进。
B第二种工作方式
如图6所示的工艺还包括一个附加步骤(4)b“形成引导槽”，其介于第一种工作方式下的步骤(4)和(5)之间。在这个步骤(4)b中，如图7所示，一个预定宽度的引导槽22(供分离用)用于将终级坯件20分离为外环坯件30和内环坯件40。引导槽22形成在终级坯件20的两个端面上。引导槽22可以通过切割或锻造的方式获得。在这种方式下获得引导槽22，使分离时切割工具上施加的压力大大减少。分离可以在下一步骤(5)中通过切割完成，或在切割的位置利用压头进行冲压完成。两种情况下，终级坯件20的分离都变得较容易。
C第三种工作模式
图8所示的第三种工作模式在第一种工作模式的步骤(4)和(5)之间有一个附加的步骤(4)c“内环的内径孔的形成”。如图9所示，在步骤(4)c中，内径孔41在终级坯件20分离前通过切下终级坯件20的中央而首先形成。于是，形成内径孔41在步骤(6)中略掉了。如果，内径孔41在终级坯件20分离前形成，即终级坯件20大于内环坯件40，这就会有许多优点，即终级坯件20和内径孔41易于加工和便于形成。
D第四种工作方式
如图10所示的第四种生产工艺有一个介于第三种工作模式的步骤(4)c和(5)之间的额外的第二种工作模式的步骤(4)b。在步骤(4)c中，在终级坯件20的中央形成内环的内径孔41后，图7所示的引导槽22在终级坯件20的两个端面上形成。然后，步骤(5)中，终级坯件20被分离。
E第五种工作模式
如图11所示的第五种生产工艺中，如图12通过剪切从杆材1切下圆柱形的一级坯件10B。一级坯件10B的长度设定为可以获得多个外环坯件30和内环坯件40。接下来，在步骤(2)中，轴向锻压一级坯件10B，以形成如图12所示的二级坯件20B。二级坯件20B的宽度设定为可以获得多个外环坯件30和内环坯件40。在步骤(2)b中，二级坯件20B切成圆片，如图13所示，于是形成多个终级坯件20(图中所示为2个)。二级坯件20B可以切成许多圆片，此后，类似于以上提到的第一种工作模式，从步骤(3)到步骤(7)从终级坯件20获得外环坯件30和内环坯件40。以上任何一组工作模式都可以采用步骤(3)到步骤(7)。
当二级坯件20B先于终级坯件20获得时，二级坯件20预先做得厚一点，这就使得外环坯件30和内环坯件40分离前的操作变得容易。在第五种工作模式中，相对于切下圆片以形成多个终级坯件增加步骤(4)b或(4)c都是可以的。
这里提到的各种工作模式都可以应用于小型滚珠轴承的制造，其中滚动元件是球，以及本发明可以应用于以各种滚针或滚柱作为滚动件的滚珠轴承的制造。
为方便起见，以上所述仅限于所有可能的实施例中的一种代表性的实施例，这也仅仅是揭示了本发明的原理和最优实施例，而并没有穷尽所有的可能。其它可替代的实施例都将落在本发明权利要求的保护范围内。例如，各个不同实施例中的元件或步骤可以进行结合，或以上所讨论的实施例中的元件可以和没有讨论的可改进的实施例中的元件进行结合。显然，许多未尽的实施例将落进本发明的保护范围，另一些是等同物。

Claims (14)

1.一种小型滚珠轴承的生产工艺，其可以获得外环坯件和内环坯件，包括以下步骤：
通过剪切自杆材上切割出一级坯件；
锻造所述一级坯件获得具有两个端面的终级坯件；
分离所述终级坯件获得外环坯件和内环坯件；
其中，外环坯件的外径至多为13mm，内环坯件置于外环坯件之内。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中，在所述锻造步骤中，内环坯件的内径孔被同时钻出。
3.根据权利要求2所述的工艺，其中，所述内径孔的内周面通过机械加工形成预定的内径尺寸。
4.根据权利要求1所述的工艺，其中，内环坯件的内径孔在所述分离步骤之前被钻出。
5.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述终级坯件的两个端面通过机械加工形成预定的宽度。
6.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述终级坯件的外周面通过机械加工形成预定的外径。
7.根据权利要求1所述的工艺，还包括一个形成槽的步骤，该槽用来将所述终级坯件分离为内环坯件和外环坯件。
8.一种小型滚珠轴承的生产工艺，其可以获得外环坯件和内环坯件，包括以下步骤：
通过剪切自杆材上切割出一级坯件；
锻造所述一级坯件获得二级坯件；
切割所述二级坯件获得多个终级坯件；
分离所述的多个终级坯件获得外环坯件和内环坯件；
其中，外环坯件的外径至多为13mm，内环坯件置于外环坯件之内。
9.根据权利要求8所述的工艺，其中，在所述锻造步骤中，内环坯件的内径孔被同时钻出。
10.根据权利要求8所述的工艺，其中，内环坯件的内径孔在所述分离步骤之前被钻出。
11.根据权利要求10所述的工艺，其中，所述内径孔的内周面通过机械加工成预定的内径。
12.根据权利要求8所述的工艺，其中，所述终级坯件的两个端面通过机械加工形成预定的宽度。
13.根据权利要求8所述的工艺，其中，所述终级坯件的外周面通过机械加工形成预定的外径。
14.根据权利要求8所述的工艺，还包括一个形成槽的步骤，该槽用来将所述终级坯件分离为内环坯件和外环坯件。
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