微型滾珠軸承的製造方法
2023-06-18 03:09:21 2
專利名稱：微型滾珠軸承的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種用於製造受到徑向載荷的滾珠軸承的製造方法。
現有技術受到徑向載荷的滾珠軸承具有傳統結構內環被安裝在外環的內側。多個滾珠被安裝在這些軌道環之間並進行滾動，這些滾珠之間的距離保持相等。由於滑動摩擦極其微小，因此這些滾珠通常用於各種機器的轉動部分內。
但是，多年以來，人們已經採用過不同的方法來製造內環和外環。例如，圖14和15示出了通過用鑽頭打出一個能夠容納內環的孔2的方式來製造外環。該孔位於圓杆形棒材之端面的中心處，這樣就能夠使端部的形狀為環形。環形部分是通過將一個鑽頭從外側推入位於環形部分較深處的外圓周部分內並同時轉動棒材1的方式切割而成的，這樣將得到了外環坯料3。外環是通過對外環坯料3進行機加工製成的。為製造內環，在圖14所示的工藝中採用一種直徑小於外環所用棒材之直徑的棒材。
圖15所示的製造工藝示出了將一個刀頭(bit)推入正在旋轉的管材4內的情形。將管材4切斷，並形成外環坯料3。外環是通過對外環坯料3進行機加工得到的。此外，內環由直徑小於外環所用管材之直徑的管材製成。內環是通過圖15所示的工藝製成的。
圖14所示工藝的一個缺點在於在加工孔形部分2時，棒材1的切割邊緣就成為刨屑和切屑，這樣，就會損失大量的材料。此外，切削油的用量也很大。尤其是在加工外環直徑為13mm或更小的微型滾珠軸承的情況下，製造一件成品所造成的材料損失比例很高。例如，在製造寬度為5mm或更小的外環時，切削邊緣在某些情況下可以達到成品外環寬度的50％，這樣，將使效率極其低下。另外，在採用合適的處理工藝後，材料的刨屑和切屑就會被扔掉；儘管切削油可能會被再次使用，但是，當這些切削油被扔掉時，就會造成環境汙染。因此，最好儘可能地減少這些廢料的數量。此外，由於內環和外環是由不同尺寸的材料製成的，因此，一直有人抱怨限制材料成本的艱難和製造效率的低下。
另外，如果採用圖15所示的方法製造內環和外環，而且外環的直徑為13mm或更小，那麼就很難加工，而且該方法也缺乏實用性。這種尺寸的管材其成本較高或者難以得到。此外，該方法與圖14所示的方法的類似之處在於材料損失率很高，而且對管材進行切割也會產生環境汙染問題。
發明內容
因此，本發明的一個目的在於提供一種可極大減少材料損失的微型滾珠軸承製造方法。該方法將限制環境汙染並減少材料損失，從而提高製造效率。
本發明的第一實施例涉及一種用於在加工過程中得到外環坯料和內環坯料的方法。外環的外徑為13mm或更小，內環安裝在外環的內側。
該方法的步驟包括壓力機切削(press cutting)第一坯料，這樣就使材料被以機械方式切割。接著，對第一坯料進行鍛造，以得到最終坯料。將該最終坯料分離開，以得到外環坯料和內環坯料。
第二實施例包括壓力機切削第一坯料的步驟，該步驟可以對材料進行機械切割和機加工。對第一坯料進行鍛造，從而得到第二坯料。接著，將第二坯料切割成圓形的薄切片，從而得到多個最終坯料。最後的步驟就是將這些最終坯料彼此分離開，以形成外環坯料和內環坯料。
上述術語「機械切割」和「機加工」是指使用了切割設備例如鋸，或利用刀頭進行切割，而刀頭的切割將產生許多碎屑。
由於可用最終的坯料材料同時得到兩種坯料，因此可以極大地減少材料的損失並提高了生產效率。此外，由於可對第一坯料進行鍛造，從而形成一個最終的坯料，因此就減少了需由機械切割的切割面積和對材料的機加工處理，這樣，也可以降低材料的損失。因此，本發明在製造微型滾動軸承(外徑為13mm或更小，寬度小於或等於5mm)方面極其有效，但在現有技術中，材料損失比一般都很高。這樣，就使微型滾動軸承更易於製造。此外，還降低了材料成本。
由於通過切割和分離第二坯料得到了多個最終坯料，因此第二坯料的寬度可被設定為能夠分別得到多個外環坯料和內環坯料的尺寸。當然，第二坯料的寬度大於最終坯料的寬度，這一點對於在將坯料分離成外環坯料和內環坯料之前對坯料進行處理十分有利。
此外，還可將下述步驟添加到本發明中。
在第一和第二實施例的前述步驟中，可同時鑽出內環的內徑孔。就減少材料損失而言，通過鍛造法鑽出內環的內徑孔比通過切削法更為有益。
在執行分離步驟之前，先在最終坯料上鑽出內環的內徑孔。最終坯料體積更大，比在分離後的內環坯料更容易處理，另外，還更容易形成內徑孔。
在鑽出內環的內徑孔後，通過機加工操作例如切削或磨削將內徑孔的內部圓周表面精加工成預定的內徑。較大的最終坯料(第一實施例中的最終坯料和第二實施例中的第二坯料)比分離後的內環坯料更易於處理，而且更容易對內徑孔進行精加工。此外，如果將這種對內徑孔的精加工應用到第二實施例中，那麼就可以在內環坯料上形成精確度高、均勻的內徑孔。
此外，在執行分離步驟之前，還可以對最終坯料的兩個邊緣表面精加工成具有預定寬度的結構形式，或者將最終坯料的外圓周表面加工成具有預定外徑的結構形式。這些精加工步驟可通過機加工操作例如切削或磨削來完成，而且由於這些坯料在分離前更容易處理，因此也更容易對其進行精加工。當對最終坯料的寬度進行精加工時，就可以以高精確度均勻地製成外環坯料和內環坯料。因此，無需單獨精加工寬度，或者僅通過微調實現精加工。當對這些寬度分別進行精加工時，就需要對磨削操作進行控制，以使寬度均勻，但是，如果對最終坯料的寬度進行精加工，那麼就沒有必要對磨削操作進行控制。
此外，本發明還包括一種用於形成分離用溝槽的方法。這些溝槽能夠將最終坯料分離成外環坯料和內環坯料，從而更容易將最終坯料分離開。
上述優點和特徵僅是示例性的實施例。應該理解這些內容並非是對本發明的限制，本發明的保護範圍由權利要求書限定。參照附圖，通過下面的說明將會清楚本發明的其它特徵和優點。
圖1示出了本發明的第一操作模式的製造步驟；圖2示出了在第一操作模式下將棒材加工成最終坯料(final blank)的示意側視圖；圖3生產了一個平面圖(A)和剖視圖(B)，圖中示出了最終坯料的分離；圖4為由最終坯料得到的外環坯料和內環坯料的平面圖(A)和剖視圖(B)；圖5示出了在第一操作模式下裝配完成的軸承的剖視圖；圖6為本發明第二操作模式的製造步驟的示意圖；圖7示出了一個最終坯料的平面圖(A)和剖視圖(B)，在第二操作模式下，該坯料上設置有一導槽(pilot groove)；圖8示出了本發明第三操作模式的製造步驟的示意圖；圖9示出了在第三操作模式下設置有內徑孔(inner diameter hole)的最終坯料的平面圖(A)和剖視圖(B)；圖10示出了本發明第四操作模式下的製造步驟的示意圖；圖11示出了本發明第五操作模式下的製造步驟的示意圖；圖12示出了在第五操作模式下由開始步驟到形成第二坯料的步驟的側視圖；
圖13示出了在第五操作模式下在圓形部件上切割出最終坯料的步驟的側視圖；圖14為一個局部剖開的側視圖，圖中示出了用於製造外環的傳統方法的一個實例；圖15為一個局部剖開的側視圖，圖中示出了用於製造外環的傳統方法的另一實例。
對最佳實施例的詳細說明下面將對根據本發明用於製造微型滾動軸承(在下文中簡稱為軸承)的方法加以說明，其中微型滾動軸承的外環的外徑為13mm或更小、寬度為5mm或更小。
A.第一操作模式圖1示出了本發明第一操作模式下的加工步驟(1)至(7)。下面，將對這些步驟進行順序說明。
(1)切出第一坯料如圖2所示，圓柱形片狀結構的第一坯料10是利用鋸切出的，或者利用鑽頭切斷的。片狀部件是從已通過鍛造被製造成圓杆形的棒材切割而成的。棒材1所用的材料可以是一種普通的軸承鋼材料，例如已經受到預定的熱處理的高碳鉻軸承鋼。
(2)通過鍛造製成最終坯料通過對第一坯料10進行鍛造並沿軸向對其進行擠壓，形成了圖2所示的盤形最終坯料20。最終坯料20的外徑和寬度約等於最終想要得到的軸承的外徑和寬度。
(3)對寬度進行磨削沿寬度方向對最終坯料20進行磨削處理，通過這種磨削處理最終坯料20的兩個邊緣表面被磨削，最終坯料20的寬度被精加工以使其寬度等於正在製造的軸承之寬度。
(4)對外周面進行磨削對最終坯料20的外周面進行磨削處理，最終坯料20的外徑被精加工以使其外徑等於正在製造的軸承之外徑。
(5)通過分離最終坯料的方式製造外環坯料和內環坯料如圖3所示，最終坯料20被切割並通過切割沿距中心有一預定距離的同心圓而被分離。外周側的圓環被製成作為外環坯料30，內周側的圓盤被製成作為內環坯料40。
(6)對外環坯料和內環坯料的後處理對外環坯料30的內周面進行磨削處理，其內徑被精加工成使其內徑等於外環的內徑尺寸。如圖5所示，在內周面的寬度方向上的中心處、在一個端側和另一端側上分別加工出用於使滾珠運動的溝槽32、用於安裝密封環的溝槽33和一個用於安裝密封環的臺階部分34以及一個用於安裝卡環(snap ring)的溝槽35。外環坯料30被精加工成外環30A。
另一方面，如圖4所示，通過在內環上鑽出一個內徑孔41的方式對內環坯料40的中心進行切削，這樣，就將內環坯料40加工成環形。對內環坯料40的外周面進行磨削處理，其外徑被精加工成使該外徑的尺寸等於內環外徑的尺寸。接下來，對內環坯料40的內周面進行磨削處理，同時將內徑精加工成使其尺寸等於內環的內徑尺寸，如圖5所示。用於使滾珠運動的溝槽42被形成在沿外周面的寬度方向的中心處。內環坯料40被精加工成內環40A。
(7)軸承的裝配當按照上述方式得到外環30A和內環40A時，將內環40A安裝在外環30A的內側，如圖5所示。將預定數量的滾珠50插裝到溝槽32和42內，以使其彼此相對。一個護圈51被安裝到每個滾珠50上，從而以可自由滾動的方式等間隔地保持多個滾珠50。當完成洗滌和清洗操作後，將潤滑油塗覆到護圈51和滾珠50之間。最後，將密封環52裝配到外環30A的溝槽33內，並將另一密封環53安裝到相對側的臺階狀部分34上。將卡環54裝配到溝槽35內。在這種情況下，可通過用橡膠52b塗覆在芯件(core bar)52a上的方式形成密封環52，並可利用橡膠52b的彈性通過將密封環52安裝到溝槽33內的方式使該密封環52被保持在它的合適位置上。此外，密封環53由金屬製成，其位置由卡環54來保持。圖5所示的軸承就是按照上述程序裝配而成的。
由於可用最終坯料20同時得到兩個環，即外環坯料30和內環坯料40，因此極大地減少了材料的損失，而且提高了製造效率。此外，由於最終坯料20是通過對第一坯料10進行鑄造而成形的，因此棒材1的直徑可以小於最終坯料20的直徑，這樣就使棒材的切削麵積很小，從而減少了材料的損失。因此，對於製造外徑為13mm或更小、寬度為5mm或更小的微型滾珠軸承而言，該方法極其有效，而且製造簡單而容易。此外，由於減少了材料損失，因此也就降低了材料成本。這也限制了環境汙染。
另外，在執行步驟(5)之前，即在將最終坯料20分離成外環坯料30和內環坯料40之前，最終坯料20的寬度是通過在步驟(3)中對其寬度進行磨削而被精加工成的，其外徑是通過在步驟(4)中對最終坯料20的外周面進行磨削處理而被精加工成的。在上述的任意一種情況下，與分離前相比，由於一個工件更容易處理，因此也就可以更容易地完成精加工。尤其是在步驟(3)中切割寬度的時候，能夠以高精確度得到具有均勻寬度的外環坯料30和內環坯料40，這樣無需在分離後對外環坯料30和內環坯料40的寬度分別進行精加工。因此，提高了製造效率。
此外，內環40A的內徑孔41可在步驟(2)中鍛造時形成。由於內徑孔41可通過鍛造製成，因此其尺寸不很精確。因此，就在步驟(6)中的後加工時將內徑精加工成所需的尺寸。如果內徑孔是以這種方式在鍛造步驟中形成的，那麼還可以進一步減少材料損失。
上述的第一模式僅是實施本發明之方法的一個實例。其它操作模式是對第一模式的修改和變型。
B.第二操作模式圖6所示的方法包括一個額外的步驟(4)b，即在第一操作模式下的上述步驟(4)和上述步驟(5)之間增加一個「形成導槽」的步驟。在該步驟(4)b中，如圖7所示，具有預定寬度的導槽22(用於分離的溝槽)用於將最終坯料20分離成外環坯料30和內環坯料40。導槽22被形成在最終坯料20的兩個表面上。導槽22可通過切削或鍛造形成。通過以這種方式形成導槽22，就能夠降低在分離過程中作用於切削工具上的壓力。分離操作可通過在下一步驟(5)中通過切削來實現，或者也可不用切削而利用壓力機進行衝壓完成分離操作。無論採用哪種方式，最終坯料20的分離操作都比較容易。
C.第三操作模式如圖8所示，在第三操作模式下的製造方法包括一個額外的步驟(4)c，即介於第一操作模式下的步驟(4)和步驟(5)之間的「形成內環的內孔」的步驟。如圖9所示，在步驟4(c)，在分離最終坯料20之前，通過把最終坯料20的中心切掉的方式預先加工出一個內徑孔41。因此，可以省去在步驟(6)中加工出內徑孔41的工序。如果在分離最終坯料20之前已經加工出內徑孔41，即最終坯料20大於內環坯料40，那麼就會有下述優點更易於對最終坯料20進行處理，而容易形成內徑孔41而且也更容易製成坯料。
D.第四操作模式如圖10所示，在第四操作模式下的製造方法包括一個額外的步驟(4)-b，即在第三操作模式下的步驟4(c)和步驟(5)之間增加了第二操作模式下的步驟(4)-b。當在步驟4(c)中於最終坯料20的中心處加工出內環的內徑孔41後，如圖7所示的導槽22被形成於最終坯料20的兩個表面上。接著，在步驟(5)中，將最終坯料20分離開來。
E.第五操作模式如圖11所示，在第五操作模式下的製造方法中，可通過壓力機切削(press cuting)從棒材1切削出一個圓柱形的第一坯料10B，如圖12所示。第一坯料10B的長度被設定為能夠分別得到多組外環坯料30和內環坯料40的長度尺寸。在下一步驟(2)中，執行鍛造工序，以沿軸向擠壓第一坯料10B，從而形成一個圓柱形的第二坯料20B，如圖12所示。第二坯料20B的寬度被設定為能夠分別得到多組外環坯料30和內環坯料40的寬度尺寸。在步驟(2)b中，第二坯料20B被切削成圓形部件，如圖13所示，這樣就形成了多個(在附圖所示的情況下為2個)最終坯料20。第二坯料20B可在步驟(3)至步驟(7)中被切割成最終坯料20。此後，與上述第一操作模式相似，能在步驟(3)至步驟7中用最終坯料20得到外環坯料30和內環坯料40。步驟(3)至步驟(7)可按照上述任一操作模式執行。
當在成為最終坯料20之前的階段內得到了第二坯料20B，那麼就需要使坯料變厚，這樣，在分離外環坯料30和內環坯料40之前有利於處理。對於在第五操作模式下通過切削圓形工件而得到多個最終坯料而言，可增加步驟(4)b或步驟(4)c。
這裡，上述的每種操作模式都可應用到滾動部件是球形的微型滾珠軸承上，而且本發明可應用到將滾針和滾柱等用作滾動部件的所有類型的微型滾珠軸承上。
為方便讀者的閱讀和理解，上述的說明主要是針對所有可能實施例中的典型實例作出的，該典型實例體現本發明的原理並提供實施本發明的最佳模式。上述說明沒有窮盡列舉出所有可能的變型。也可以用其它未加以說明的可替代實施例來實施本發明，但均落入本發明的保護範圍內。例如，如果對多個可替代實施例進行描述，那麼在許多情況下可將不同實施例的部分或步驟組合在一起，或者將所述實施例的部分與其它未描述過的其它實施例中的部分組合在一起。應該知道未加以說明的許多實施例均落入本發明的範圍，而其它實施方式就是等同替換。
權利要求
1.一種用於製造微型滾珠軸承的方法，通過該方法可以得到外環坯料和內環坯料，該方法包括下述步驟通過機械切割和機加工由棒形材料切削出第一坯料；對所述第一坯料進行鍛造，從而得到具有兩個側面的最終坯料；分離所述最終坯料，從而得到一個外環坯料和一個內環坯料；其中，所述外環坯料的外徑最大為13mm，內環坯料被布置在外環坯料內。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於在所述鍛造步驟過程中，內環坯料的內徑孔是同時被鑽出來的。
3.根據權利要求2的方法，其特徵在於所述內徑孔的內周面通過機械加工被精製成預定的內徑。
4.根據權利要求1的方法，其特徵在於所述內環坯料的內徑孔是在所述分離步驟前被鑽出的。
5.根據權利要求1的方法，其特徵在於所述最終坯料的兩個側面通過機械加工被精製成預定的寬度。
6.根據權利要求1的方法，其特徵在於所述最終坯料的外周面通過機械加工被精製成預定的外徑。
7.根據權利要求1的方法，其特徵在於還包括加工出一個溝槽的步驟，該溝槽用於將所述最終坯料分離成內環坯料和外環坯料。
8.一種用於製造微型滾珠軸承的方法，通過該方法能夠得到一個外環坯料和一個內環坯料，該方法包括通過機械切割和機加工由棒形材料切削出第一坯料；對所述第一坯料進行鍛造，從而得到第二坯料；切割所述第二坯料，從而得到多個最終坯料；分離所述多個最終坯料，從而得到一個外環坯料和一個內環坯料；其中所述外環坯料的外徑最大為13mm，內環坯料被布置在外環坯料內。
9.根據權利要求8的方法，其特徵在於在所述鍛造步驟中，同時鑽出內環坯料的內徑孔。
10.根據權利要求8的方法，其特徵在於所述內環坯料的內徑孔是在所述分離步驟前鑽出的。
11.根據權利要求10的方法，其特徵在於所述內徑孔的內周面通過機械加工被精製成具有預定內徑。
12.根據權利要求8的方法，其特徵在於所述最終坯料的兩個側面通過機械加工被精製成具有預定寬度。
13.根據權利要求8的方法，其特徵在於所述最終坯料的外周面通過機械加工被精製成具有預定外徑。
14.根據權利要求8的方法，其特徵在於還包括加工出一個用於將所述最終坯料分離成內環坯料和外環坯料的溝槽。
全文摘要
一種用於製造微型滾珠軸承的方法，其能夠減少材料損失並提高製造效率。該方法包括下述步驟通過對第一坯料進行切割而得到一個內環和外環坯料；對第一坯料進行鍛造，從而得到一個最終坯料；分離最終坯料，從而形成一個外環坯料和一個內環坯料。外環坯料的外徑最大為13mm。對第一坯料進行切割的操作是通過機械切割和機械加工的方式來完成的。
文檔編號B21K1/04GK1447036SQ03105480
公開日2003年10月8日 申請日期2003年2月21日 優先權日2002年2月21日
發明者小原陸郎 申請人:美蓓亞株式會社