刘岷，刘金川

(洛阳国华轴承机械有限公司，河南 洛阳 471003)

精密冷辗技术在轴承行业应用日益广泛，领域逐步扩大。最新研制成功的D56K250精密冷辗环机是目前国内最大规格的冷辗环机，其加工范围也超过了国外的大型机。D56K250冷辗环机投入应用后，使冷辗工件最大外径由200 mm增加到260 mm，最大工件质量由3 kg增加到6.5 kg，大幅度扩大了冷辗工艺在轴承套圈加工中的应用范围。

1 结构及其技术特点

1.1 结构及主要参数

D56K250型冷辗环机结构简图如图1所示，主要参数如表1所示。采用预应力的框架式机架作为承力构件，辗压辊与芯辊水平布置，辗压辊部件紧固在机架的墙板上，芯辊部件搭载在主滑块上，由低阻尼油缸加载。托辊位于机架的下部，其位置控制由伺服电动机通过减速机构实现。工作时，冷辗毛坯由机械手置入由辗压辊和芯辊形成的工作区内，辗压辊为主动轴，带动毛坯旋转，主油缸实施工作进给对毛坯进行加载，毛坯带动芯辊被动旋转，实现对毛坯的辗压。随着主油缸的持续进给，芯辊逐步趋近辗压辊，使得毛坯壁厚减薄、外径扩大，逐步成形至达到目标尺寸。在整个辗扩过程中，托辊与主滑块的进给实现联动，保持冷辗件的中心处于适当位置，保证了辗扩姿态的稳定。

1—托辊伺服控制装置；2—机架；3—辗压辊；4—托辊；5—芯辊； 6—主滑块；7—工件；8—主油缸；9—冷却液站

表1 D56K250的主要参数

1.2 液压进给控制系统

进给系统要求具有在大载荷下的持续微进给能力，且变速范围要大，典型工作速度为0.02～1.5 mm/s，最大要求为15 mm/s 。中小型冷辗环机的进给系统普遍采用伺服电动机与滚珠丝杠结构，加工零件单重为50～2 000 g，可实现最大300 kN的辗压力[1]。但大型冷辗机加工件质量较大，最大可达8 000 g，所需辗压力成倍提高，使用滚珠丝杠已经难以承受，故D56K250采用了油缸直接驱动的液压进给形式。其优点是结构紧凑，辗压力较大，缺点是低速性能较差，且受油温影响较大。由于本机采用了高响应比例阀调速，用光栅尺对主滑块位置反馈并测出实际速度，继而对比例阀功率放大器的输出进行修正，可实现速度的精确控制。图2为主滑块速度控制框图。

图2 主滑块速度控制框图

为避免主滑块出现低速爬行，主油缸采用了聚四氟乙烯材质的低阻尼密封圈，并应提高油缸的加工精度，主滑块导轨采用预载荷十字交叉滚柱导轨等。经实测，D56K250冷辗环机的最小可控持续微进给速度为0.02 mm/s，完全满足大型冷辗件的加工需要。

1.3 可编程随动托辊与辗扩过程联动

大型工件冷辗变形量大，且变形过程复杂，当辗扩中出现“失圆”时，套圈在工作区振幅很大，通常用的液压反作用力形式的托辊在这种状态下容易产生自激振动，导致辗扩过程恶化，产品精度变差，已不适用。D56K250采用了伺服控制的随动托辊，伺服电动机通过减速机构带动托辊摆动，通过程序控制与滑块进给实现联动，实现辗扩过程中全程位置控制，可使套圈在冷辗过程中始终保持恒定的中心高，极大地提高了冷辗过程的稳定性，有利于圆度和尺寸控制。

1.4 节能设计

(1)冷辗环机能耗最大的是拖动辗压辊的主电动机。由于工件质量大，辗压力很大，要求辗压辊有足够的功率输出，每个工件冷辗过程约30～45 s，辗压辊电动机输出功率的峰值为持续2～3 s的短暂平台，在此前、后阶段所需的功率均大幅度下降，采用普通三相异步电动机时必须按照最大峰值功率选取电动机容量，这样大部分工作时间功率因数较低，电能浪费较大。D56K250冷辗机采用了主轴交流伺服电动机，其具有2.8倍高峰值力矩特性，具有强劲的加速力矩和快速的动态响应特性，可减少主电动机容量30%以上。同时可方便地实现软启动、调速、制动及测速功能。

(2)低能耗油路设计。针对D56K250在工作时液压系统高压小流量、低压大流量的特点，设计了高、低压泵并联的液压油路，大幅度减少了能耗，并减小液压系统温升。

通过以上措施，D56K250冷辗环机的总用电功率不到50 kW。

2 适用范围

2.1 适用产品类型

D56K250可用于加工各种类型对称结构的轴承套圈，如深沟球轴承、调心滚子轴承、调心球轴承、圆柱滚子轴承的内、外圈以及外球面轴承、关节轴承及双列圆锥滚子轴承外圈等，也可用于冷辗加工其他类似形状的碳钢、合金钢、不锈钢或有色金属环形零件。

2.2 主要工艺类型

D56K250可以采用精辗、粗辗和温辗等多种工艺类型。

2.2.1 精辗

对锻造的毛坯进行切削加工，达到一定几何精度和质量误差范围后可进行冷辗扩，辗成品可达到与车工件相当的技术要求，但密封槽、止动槽等需补充加工，还要在淬火前去除两个端面余量。精辗的尺寸、形状精度靠冷辗环机保证，工序较少，节材和减少工时较为明显。 以22228/01为例(图3)，其车工件所用锻件下料质量为7 400 g，采用冷辗工艺时，毛坯下料质量仅为6 550 g，每件节约材料达850 g，同时减少车工工时约40%，具有良好的经济效益。

图3 22228/01 冷辗毛坯与成品图

2.2.2 粗辗

待辗毛坯为锻件状态，经喷丸去除毛刺与飞边后进行冷辗扩，工件口径扩大，壁厚减薄，截面形状大体接近成品，各面均有加工余量，再通过切削加工获得成品。粗辗是一种效率很高的加工方式，由于成品套圈精度由冷辗后的机加工保证，因此冷辗的要求较低，辗扩成本较低。粗辗也是一种精密辗扩，仅指毛坯较“粗”。D56K250具有独立的机外润滑站，可对冷辗油进行粗、精过滤，从而避免了粗辗工件的氧化皮、铁锈等对冷辗油的污染，并改善冷辗环机工作环境。

2.2.3 温辗

随着冷辗工件质量的增大，所需辗压力迅速提高，采用温辗扩可以显著降低辗压力，并有利于辗压复杂形状的环件。在辗扩一些有色金属时，加热后可提高金属塑性，使一些在常温下难以冷辗的环件得以辗扩成形。D56K250实行温辗时，可使用水基石墨作为润滑液对模具进行降温。

3 结束语

D56K250是迄今国产冷辗环机中控制水平较高的机型，其研制过程解决了一系列难题，取得了多项技术创新，完成的多项技术成果如：伺服控制随动托辊、交流伺服电动机拖动辗压辊的节能设计及机床热变形的控制技术等，这些技术都正逐步在D56K系列冷辗环机的其他型号中得以推广应用，将有力地推动国产冷辗装备的发展。

随着对更多型号的大型轴承套圈冷辗工艺的不断开发，经验的逐步积累，将更加有助于大型机的不断完善，对未来开发加工尺寸段300 mm以上乃至400 mm、工件质量达20 kg的重型冷辗环机奠定基础。