我省较大型轴承角蕨成型工艺控制技术历经了从1980年从前的棒料纸带、单挤、辗扩，产业发展到那时的智能化、近净成型、高速路锻等控制技术，急速急速技术创新，表1为由1980年从前到时至今日的轴承角蕨成型工艺控制技术的产业发展心路历程。

亚洲地区轴承食品质量与国际性一流水准差别

我省轴承金融行业历经近些年来的武器装备升级换代、工艺控制技术改良、技术创新提高，轴承食品质量已获得急剧明显改善，但金融行业的总体提高是一个渐进的操作过程，与国际性一流水准较之，现阶段亚洲地区轴承食品质量依然存有下列差别。

⑴商品食品质量一致耐酸性。

食品质量模块对数度大，粒度原产正态曲线呈邱峰状而非离峰状，烦躁使用寿命散差大。

⑵动态操控耐酸性。

阻尼、噪音和磨擦，反之亦然国际标准下，百分率较欧美国家低20%～40%，阻尼、噪音大5～10db。

⑶操控性维持耐酸性。

动态、动态检验结论完全相同，运转的精确度维持耐酸性。

⑷使用寿命安全性低。

球轴承：使用寿命成分股K（测试使用寿命与排序使用寿命之比)，升级换代换代K≥6，欧美国家K≥8，相关联可靠度R，亚洲地区R≥0.96，欧美国家R≥0.98；

斜置轴承：K≥2，R≥0.94，欧美国家同类商品K≥8，R≥0.96。

表1 较大型轴承角蕨成型工艺控制技术的产业发展心路历程

角蕨食品质量对轴承操控性负面影响

机械加工食品质量对轴承操控性的负面影响

⑴机械加工柱状铌、孔隙度、流线型：负面影响轴承烦躁使用寿命。

⑵机械加工裂纹、过热、过烧：严重负面影响轴承安全性。低温轴承

⑶机械加工尺寸、几何精确度：负面影响车加工智能化，材料利用率。

⑷生产效率、智能化：负面影响机械加工锻造成本，食品质量连续性。

机械加工食品质量、工艺控制技术水准与欧美国家一流企业差别

⑴商品食品质量分散度大、一致耐酸性。

⑵工艺控制技术操作过程控制不严甚至失控。

⑶智能化程度与生产效率低。

轴承金融行业较大型轴承角蕨存有的问题

⑴由于长期受金融行业重冷轻热思想的负面影响，角蕨金融行业员工文化水准普遍偏低，再加上工作条件、作业环境恶劣，认为只要有力气就行，没有认识到角蕨是特殊操作过程，其食品质量优劣对轴承使用寿命有重大负面影响。

⑵从事轴承角蕨的企业规模普遍偏小，角蕨工艺控制技术水准良莠不齐，很多中小企业还停留在角蕨控形的阶段。

⑶角蕨企业普遍对加热方式进行了改良，采用中频感应加热，但仅仅停留在把钢棒只加加热的阶段，没有认识到加热食品质量的重要性，金融行业也没有中频感应角蕨透热的金融行业控制技术规范，存有很大的食品质量风险。

⑷工艺控制技术武器装备大都采用压机连线，人工操作，人为因素负面影响很大，食品质量一致耐酸性，如角蕨折叠、尺寸散差、圆角缺料、过热甚至过烧、湿裂等。

⑸由于锻加工工作环境艰苦，年轻人不愿从事，招工难是金融行业普遍存有的问题，角蕨企业更为艰难，对角蕨智能化、信息化升级换代改造形成很大的挑战。

⑹生产效率低下，加工成本高，企业处于低层次的生态圈，生存环境恶化。低温轴承

角蕨转型升级换代

材料控制技术转型升级换代

国际标准升级换代，由GB/T 18254-2002升级换代到GB/T 18254-2016，主要体那时下列几方面。

⑴冶炼工艺控制技术：真空冶炼。

⑵增加了微量有害残余元素的控制：从5个增加到12个。

⑶关键指标氧、钛含量、DS夹杂物控制方面接近或达到国际性一流水准。

⑷均匀性明显明显改善：主要成分偏析明显明显改善控轧控冷工艺控制技术应用，控制轧钢温度及冷却方式，实现双细化（奥氏体孔隙、铌颗粒细化)，明显改善铌柱状级别。

⑸铌带状百分率明显提高：控制浇注过热度，增加轧制比，保证低温扩散退火时间。

⑹轴承钢食品质量连续性提高：实物冶金食品质量炉次百分率急剧度提高。

角蕨智能化转型

⑴高速路角蕨。自动加热、自动剪切，机械手自动传递，自动成型，自动冲孔、分离，实现快速锻打，最高速路度可达180次/min，适用于大批量中小轴承、汽车零部件的角蕨，高速路锻工艺控制技术优势体那时下列几方面。

1)高效。智能化程度高，生产效率高：以哈特贝尔AMP30S高速路锻自动生产线（图1)为例：高速路角蕨平均班产约33000套，操作工3人；反之亦然商品普通垂直角蕨班产约8400套，员工10人，人均劳动生产效率提高13倍。

2)优质。机械加工加工精确度高，车加工余量少，原材料浪费少；机械加工内部食品质量好，流线型原产有利于增强冲击韧性和耐磨性，轴承使用寿命能提高一倍以上。低温轴承

3)头尾自动甩料，去除棒料探伤盲区、端头毛刺。

4)节能。与常规角蕨比节能10%～15%，节约原材料10%～20%，水资源节约95%。

5)安全。整个角蕨操作过程在封闭状态下完成；生产操作过程易于控制，不容易产生水淬裂纹、混料和过烧现象。

6)环保。无三废，环境整洁、噪音低于80dB；冷却水封闭循环使用，基本实现零排放。

⑵多工位步进梁。采用热模锻设备，在同一台设备上完成压饼、成型、分离、冲孔等工序，工序之间传递采用步进梁，适用于中型轴承角蕨，生产节拍10～ 15次/min。

图1 哈特贝尔AMP30S高速路锻自动生产线

⑶机器人代替人。根据角蕨工序，多台压机连线，压机之间商品传递采用机器人传递，适用于中大型轴承或齿坯角蕨，生产节拍4～8次/min。

⑷机械手代替人。改造现有角蕨连线，局部工位采用简易机械手代替人，操作简单，投资少，适用于小型企业智能化改造。

中频感应角蕨加热控制技术

⑴中频感应加热设备设计控制技术要点。

1)加热结束时，料段芯表温差、头尾温差≤30℃(通过排序机模拟)，加热操作过程温度波动为±25℃。低温轴承

2)加热应分三个阶段：预热、升温、保温，预热阶段芯表温差≤400℃。

3)被加热过的棒料必须小于100℃方可再次被加热，并且只能再加热一次，需有防错装置。

4)中频加热炉必须配三路分选，与加热系统联动形成闭环。

⑵中频感应加热测温系统控制技术控制要点。

1)加热温度应在无氧化皮的表面上测量，如控制技术上有难度，也可以在棒料/料段外径表面测量。

2)对同一点采用红外线双测温，与棒料/料段表面垂直，离炉口10cm。

3)测温仪每秒钟测温≥10次，取两者的最大值作为数据处理或操作过程控制；两者温差超过温度控制粒度，须报警。

4)红外测温仪聚焦点直径应≤2mm，发射率ε=0.9（1000～1200℃)。

5)每天用比对低温计与设备固定双测温低温计进行比对，偏差≤50℃。

6)所有红外测温仪每年必须校正，精确度不超过测量范围上下限的±0.5%。

7)温度测量系统稳定性要求：在稳定加热状态下，连续测量30个料段的加热温度，温度应呈正态原产，国际标准偏差σ≤7℃。

角蕨控形控性控制技术

⑴控制技术维度。

1)加热食品质量控制：配置双电源设计，保证预热阶段芯表温差≤400℃；配置双测温仪（加热炉出料口)；进料处配置1套测温仪，防止余温料进入（特别是高速路锻)；配置在线混料检验装置；三路分选、超温报警、水温、水压报警为标配。低温轴承

2)控锻控冷：双细化，精确的温度控制，防止机械加工过热、过烧；细化孔隙；控制锻后冷却速度，防止出现柱状组织，细化组织，提高烦躁使用寿命。

表2 高速路锻+冷辗对商品操控性的负面影响

3)模具控制技术：排序机仿真模拟设计；真空热处理；表面改性控制技术。

4)重要零部件：对原材料进行双探，超声+漏磁探伤；表面扒皮，去除表面探伤盲区裂纹。

5)特殊零件，设备结构特殊设计：小而薄的零件如汽车凸轮轴上的凸轮片，设计侧向排料系统。

⑵管理维度：人、机、料、法、环、测。

机械加工的近净成型控制技术

⑴高速路角蕨+冷辗控制技术，工艺控制技术流程见图2。冷辗商品尺寸精确度与形位粒度按JB/T 11759-2013《冷轧轴承环件机械加工余量及粒度》及JB/T 12101-2014《数控冷辗环机》，以3155商品为例，高速路锻+冷辗近净成型控制技术节材17.7%，高速路锻+冷辗对商品操控性的负面影响见表2。

⑵数值模拟仿真控制技术在角蕨中的应用。

1)构建齿坯及模具数字化三维几何模型和有限元模型，分析近净成型操作过程中的金属流动、应变、应力、温度等场量原产状态，为实际生产中的设备选型提高参考。

图2 高速路角蕨+冷辗控制技术工艺控制技术流程低温轴承

2)分析齿坯近净成型主要工艺控制技术模块：角蕨温度、角蕨速度、模具预热温度和磨擦系数，获得各工艺控制技术模块对齿坯成型操作过程的负面影响规律，为实际生产提供控制技术支持。

3)分析不同工艺控制技术方案的成型规律，建立成型工艺控制技术模块优化模型，确定最佳成型工艺控制技术模块。

4)建立模具结构因素弹塑性有限元模型，分析齿坯成型操作过程中模具局部应力应变原产状态，研究模具成型载荷和磨损，分析优化模具结构、提高模具使用寿命。

⑶模具数值模拟仿真控制技术应用。

1)模具结构优化数值模拟。

2)工艺控制技术优化数值模拟。

3)模具结构明显改善金属流线型。

4)齿坯近净成型模具使用寿命预测。

5)模具磨损数值模拟。

展望

角蕨涉及材料种类繁多，角蕨操作过程及模具存有主观和客观方面的复杂性、多样性，在材料控制技术、智能化控制技术、加热控制技术、控形控性控制技术、近净成型控制技术方面还有很多提高空间，尤其是近净成型数值模拟控制技术应用方面，还不是十分广泛，材料数据库中实际应用数据较少，模拟变形数据与实际还有一定差异，需对材料低温变形进行大量测试，以获取低温变形的实际数据，提高模拟仿真的准确性。随着角蕨仿真模拟控制技术的研究，相信近净成型控制技术一定会广泛应用于少无切削的精密角蕨领域。

作者简介

王明舟低温轴承，高级工程师，长期从事金属材料及轴承角蕨、热处理加工工艺控制技术方面的研究与应用，现任集团副总工程师，控制技术总监兼省级控制技术中心主任等职。中国轴承工业协会控制技术委员会材料专业委员会委员，浙江省轴承工业协会控制技术联盟平台专家。获专利11项，参与国家国际标准制定2项，金融行业国际标准2项；省部级优秀论文4篇，省部级荣誉3项。

—— 来源：《角蕨与冲压》2019年第23期