徐 劍，張建奇，李宏萍，夏書香

（洛陽LYC軸承有限公司a.滾子廠；b.工模具公司，河南 洛陽 471039）

1 存在的問題及原因分析

球面滾子的投料方式有車加工和冷鐓2大類。對于直徑在Φ22 mm以下的小球面滾子，國內普遍采用Z31-25單工位冷鐓機進行投料。單工位冷鐓成形存在尺寸變化大、沖形質量不穩定等不確定因素。特別對于短粗類小球面滾子（直徑為Φ15～22 mm，長度為12～20 mm），在冷鐓工序加工中一方面由于滾子長度尺寸小于直徑尺寸，切料時料段易變形，且變形較大；另一方面由于鐓壓變形大，為保證滾子外徑充滿及端面平整，沖壓時模具所承受的冷鐓力相對于圓錐、圓柱滾子為最大。因此，冷鐓凹模在實際冷鐓過程中一直存在著早期失效、壽命短等問題。

短粗類小球面滾子由于受自身長度尺寸限制，凹模結構的設計經歷了整體式（圖1）、小組合式（圖2）的變化過程。根據凹模在冷鐓過程中的受力分析可知，在加工中棒料與凹模之間的摩擦主要發生在滾子小端倒角的軸向區域，并且這個區域還受到一個軸向的拉應力，因此整體式凹模最容易早期失效，其失效形式主要為倒角裂損、掉塊等。對于滾子直徑不大于14 mm的小球面滾子，凹模壽命能達到5 000粒；但對于滾子直徑尺寸大于14 mm的小球面滾子，凹模壽命只能達到2 000粒，且失效后凹模整體報廢，浪費很大。另外，整體凹模采用GCr15加工，為一體模，熱處理時采用局部淬火法，由于GCr15的抗壓強度較低，熱處理時淬硬層又較淺，因此模具壽命短。

圖1 整體式

小組合式凹模（圖2）采用了預應力式組合結構，使用了預應力圈（過渡套），此結構的特點是將模具的成形部分分離出來，工作套上、下模不分型，采用性能較好的模具材料加工工作行腔。但是凹模在冷鐓過程中滾子倒角處受到軸向拉應力、徑向壓應力和摩擦力的共同作用，此處依然是凹模的最薄弱環節，凹模在使用中倒角處仍常發生早期疲勞和開裂。

圖2 小組合式

2 改進措施

依據原球面滾子凹模結構存在的問題，某些企業采用了七體式凹模，結構如圖3所示。但用該結構凹模鐓壓短粗類小球面滾子時，雙層套上模偏短，在冷鐓循環沖擊力的作用下，工作套上模易跑芯。為更進一步優化凹模結構，提高模具壽命，采取的改進措施如下：

圖3 七體式凹模

（1）采用預應力式組合凹模，且對模具行腔分型。采用預應力式組合凹?？梢允拱寄拥玫剿璧念A壓應力，減少凹模向外的位移量，從而減少冷鐓時產生的拉應力；對模具行腔分型可以防止倒角處應力集中，減少摩擦力。分型后雙層套厚度較薄，在使用中易產生外竄，可通過加大過盈量或延長雙層套的厚度，來加以解決，而由于外套為通用，存在反復使用的情況，如果加大過盈量將破壞外套的通用性。因此，決定采用加長雙層套的厚度，加長定位面來防止雙層套的外竄，考慮到模具的總體厚度，雙層套的厚度延長8～15 mm。

（2）裝配尺寸。雙層套加厚以后，裝配總高及型腔深度發生變化，因此，將雙層套內的工作套從內錐大端再加工一個臺階孔，底座小端面加工一個臺階，如圖4、圖5所示。裝配時，將底座上的小臺階裝入工作套后的內孔中，兩者為間隙配合，這樣既可以保證模具型腔深度，又能保證裝配總高。另外，凹模在裝配過程中上、下模收縮量不一致，因此，上、下模分型尺寸之間應保證0.15 mm以上的間隙。

圖4 改進后上模

圖5 改進后下模

依據改進措施，改進后的短粗類小球面滾子用冷鐓凹模結構如圖6所示。改進后的凹模結構具有以下特點：模具采用組合結構，行腔部分失效后，通用件（如外套、螺墊）還可以再利用；雙層套定位面的加長防止了雙層套在工作時發生外竄；工作行腔進行分型后避免了倒角處的早期失效。

圖6 改進后結構

利用改進后的凹模結構，在3610，23024等幾個型號滾子的冷鐓凹模上進行了試驗，試驗數據如表1所示。由表可知，改進后的凹模壽命得到了較大提高，且所加工滾子的成形質量亦得到了較大改善。

表1 改進前、后模具壽命及滾子加工質量對比

3 結束語

跟蹤試驗統計數據表明，對短粗類小球面滾子凹模結構的改進取得了良好效果，倒角掉塊、開裂等早期失效模式已經消除，此結構的凹?？稍谛∏蛎鏉L子的冷鐓投料過程中大批量采用。