6203軸承外圈鍛造毛坯料芯熱擠壓成形新工藝

2010-07-27 10:31:28付海軍

軸承 2010年8期

付海軍

(秦皇島職業技術學院，河北秦皇島 066100)

料芯是軸承套圈鍛造毛坯生產過程中的工藝廢料，為進一步降低軸承套圈的材料成本，對不同鍛造毛坯生產工藝產生的料芯應分別對其進行合理利用。高速熱鐓機生產軸承套圈鍛造毛坯具有批量大、沖切下的料芯餅的質量和尺寸偏差較小的特點，而且原棒料的中心部位組織疏松區的顯微孔隙在大變形的塔鍛過程中已初步鍛合，因此，其料芯餅完全可以作為生產小型軸承套圈毛坯而得到進一步的利用。下文以利用HBP-160高速熱鐓機塔鍛7208E內、外圈的料芯餅在JB31-160壓力機上熱擠成6203軸承外圈鍛件毛坯為例，分析了料芯餅的壓力機熱擠壓成形工藝過程及模具設計[1]。

1 HBP-160熱鐓機塔鍛工藝分析

HBP-160高速熱鐓機生產線，主要用于塔鍛軸承內、外圈鍛件，具有精度高，效率高，自動化程度高的特點，其工藝流程為：加熱→剪切下料→鐓餅→塔鍛成形→切底分套[2]。

在高速熱鐓機生產過程中，塔鍛工藝每加工一套鍛件則會在切底工位切除一個料芯。熱鐓機塔鍛工藝成形工位沖孔連皮的厚度，經過反復試驗已減薄到最小極限，而且塔鍛工藝本身也決定了料芯的外徑尺寸，已不能再通過減小料芯質量的方法來提高軸承套圈鍛造加工的材料利用率[3]。現用HBP-160熱鐓機典型塔鍛工藝產生的料芯質量和尺寸見表1。

表1 典型熱鐓機塔鍛工藝料芯的質量和尺寸

2 料芯餅熱擠壓工藝的設計計算

2.1 料芯餅熱擠壓工藝過程

料芯餅的壓力機熱擠壓工藝過程與料段的熱擠壓工藝過程相似，只是省去了下料工序，如果坯料外徑合適，也可省去鐓粗工序而直接成形。料芯餅熱擠壓工藝過程如表2所示。

表2 料芯餅壓力機熱擠壓工藝過程

2.2 6203軸承外圈鍛件毛坯熱擠壓工藝的下料質量

2.2.1 鍛件尺寸

外徑D=(41.5+0.8 )mm，

內徑d=(31.4-0.8)mm，

寬度h=(15+2.0)mm。

2.2.2 鍛件的標準質量

6203軸承外圈為擠成件，鍛件的標準質量計算式為：

(1)

式中：Qd為鍛件的標準質量，g；Dp為鍛件平均外徑，mm；dp為鍛件平均內徑，mm；hp為鍛件平均寬度，mm。將Dp=41.9 mm，dp=31 mm，hp=16 mm代入(1)式,得Qd=78.0 g。

2.2.3 鍛件下料質量

6203軸承外圈壓力機反擠壓成形工藝產生的廢料芯質量計算式為：

(2)

式中：Qc為擠壓成形工藝廢料芯質量，g；dx為擠壓成形工藝廢料芯直徑(按成品鍛件最大內徑尺寸計算)，mm；hx為擠壓成形工藝廢料芯厚度，mm。將dx=31.4 mm，hx=6 mm代入(2)式,得Qc=36.3 g。

電加熱火損質量計算式為：

Qs=η(Qd+Qc)

(3)

式中：Qs為電加熱火損質量，g；η為電加熱火損系數。

則下料質量為：

Qx=Qd+Qc+Qs=(1+η)(Qd+Qc)

(4)

將Qd=78.0 g，Qc=36.3 g，η=0.01代入(4)式，得6203軸承外圈鍛件的下料質量Qx=115.4 g。

2.3 熱鐓機塔擠套鍛新工藝料芯餅的尺寸及質量設計計算

由計算出的6203軸承外圈鍛件毛坯熱擠壓工藝的下料質量可知，表1中沒有適合此工藝的料餅質量，而且熱鐓機塔擠成品鍛件工藝已經決定了料芯餅外徑尺寸，因此只能通過增加熱鐓機塔鍛的工藝料芯餅厚度來增大料芯餅質量，使之達到相應規格軸承套圈鍛件毛坯下料質量。設計時料芯餅的厚度不宜增加太多，其厚度一般應小于15 mm，否則會影響熱鐓機切底凸模的使用壽命。

由表1可知，熱鐓機塔鍛7208E內、外圈的08號料芯直徑為37.8 mm，小于6203軸承外圈鍛件外徑尺寸41.5 mm，需要增加鐓粗工序；08號料芯質量為70.1 g，比6203軸承外圈鍛件的下料質量115.4 g少45.3 g，不能直接利用。因此，熱鐓機塔擠7208E內、外圈毛坯套料6203軸承外圈鍛件新工藝需將原熱鐓機塔鍛7208E內、外圈毛坯工藝的下料質量增加45.3 g。熱鐓機塔鍛套料新工藝沖切下的料芯餅直徑37.8 mm不變，料芯餅的厚度計算式為：

115.4=6.134×10-3×37.82×h0

(5)

式中：h0為料芯餅的厚度，mm。計算得h0=13.5 mm。即熱鐓機塔鍛7208E內、外圈毛坯的料芯厚度由原工藝的8 mm增加到現在的可利用厚度13.5 mm，新工藝料芯餅尺寸為Ф37.8 mm×13.5 mm，料芯餅質量為115.4 g[4]。

2.4 6203軸承外圈鍛件料芯餅的壓力機熱擠壓工藝過程

6203軸承外圈鍛件毛坯料芯餅熱擠壓成形過程及工藝參數見表3。

表3 6203軸承外圈鍛件毛坯料芯餅熱擠壓成形過程及工藝參數

3 料芯餅壓力機熱擠壓模具結構設計

采用的JB31-160壓力機最大裝模高度為450 mm，滑塊行程為200 mm，裝模高度調整量為200 mm[5]，設計模具閉合高度為440 mm。模具采用標準結構，換型號時只更換少量幾件模具。將鐓粗、成形、切底3道工序安排在同一臺壓力機上，便于模具設計，也有利于生產管理。

3.1 6203軸承外圈鍛件毛坯料芯餅擠壓成形模具

料芯餅JB31-160壓力機熱擠壓成形模具結構如圖1所示[6]。

1—上墊板；2—上退料碟形彈簧；3—碟簧導座；4—潤滑杯體；5—彈簧；6—鋼球；7—座套；8—壓蓋；9—滑套；10—上退料碟簧下墊；11—上退料碟簧導桿；12—銷；13—下墊板；14—下退料碟簧座；15—下退料碟簧墊；16—下退料碟形彈簧；17—下退料碟簧導桿；18—退料桿；19—成形模模座；20—下凹模；21—成形模墊圈；22—成形模模座壓蓋；23—成形模；24—成形模壓蓋；25—平幅卸料板；26—平幅圈；27—平幅圈座；28—成沖接座；29—成沖接座壓蓋；30—成形凸模；31—成沖壓墊；32—成沖座；33—上退料碟簧上墊

3.1.1 成形模具工作過程

壓力機下行時，動模壓向下模，平幅圈先接觸料餅上表面。動模繼續下壓，料餅上表面向上通過平幅圈、平幅卸料板和碟簧導座壓縮上退料碟形彈簧；料餅下表面向下通過下凹模、退料桿和下退料碟簧導桿壓縮下退料碟形彈簧。成形凸模底部與平幅圈下表面一起向下推壓料餅，下凹模下移。下凹模上表面由距成形模上表面5.5 mm下移到距成形模上表面19 mm時，底面壓到成形模模座，料餅停止下移。動模再下壓，成形凸模底部壓入料餅5.4 mm，成形凸模外部金屬反擠向上流動，工件幅高17 mm，推動平幅圈上行5.6 mm。工作行程結束時，平幅圈下表面伸入成形模上口表面2 mm，成形凸模底部伸入成形模上口表面13 mm，成形凸模伸出平幅圈11 mm。上、下模閉合時，平幅卸料板下表面和成形模上表面間隙為12 mm。

3.1.2 成形模具退料結構

成形模具下退料采用碟形彈簧結構，下退料碟簧座掛在成形模模座下墊板上。開模時，下凹模上表面距成形模上口表面為5.5 mm，17 mm高的成形工件2/3露出成形模，便于用手鉗移走。將鐓粗成高度為11.4 mm的料餅移入成形模中，料餅的1/2在成形模內，便于定位。壓力機回程時，退料桿用于下退料碟形彈簧頂出限位。

成形模具上退料也采用碟形彈簧結構，卸料板兩端與對角安裝的上墊板的兩個碟形彈簧導座相聯。開模時，成形凸模底部退進平幅圈下表面2 mm。

3.1.3 成形模退料碟形彈簧設計

(1)上退料碟形彈簧

成形模上退料的工作行程h工作=13 mm，碟形彈簧安裝方法為對合式安裝，共2組。上退料碟形彈簧選用規格為B90-1GB/T1972—1992[7]。每組彈簧片數n=h工作/(0.5×h0)=10.4,選用n=10。碟形彈簧自由高度H0=nh=60 mm，總壓縮量h總=0.75nh0=18.7 mm，預壓縮量h預=h總-h工作=5.7 mm，預壓縮后碟形彈簧高度H預=H0-h預=54.3 mm。2組上退料碟形彈簧工作時受壓縮后產生的負荷為28.4 kN，工作行程結束時該力作用在平幅圈下端面為工件平幅，壓力機回程時將箍在成形凸模外的工件退下。為便于退料，成形凸模工作部分設計有30′的退料角。

(2)下退料碟形彈簧

成形模下退料的工作行程h工作=13.5 mm。碟形彈簧安裝方法同為對合式安裝。下退料碟形彈簧選用規格為B125-1GB/T1972—1992[7]。彈簧片數n=h工作/(0.5×h0)=7.7,選用n=8。碟形彈簧自由高度H0=nh=68 mm，總壓縮量h總=0.75nh0=21 mm，預壓縮量h預=h總-h工作=7.5 mm，預壓縮后碟形彈簧高度H預=H0-h預=60.5 mm。下退料碟形彈簧工作時受壓縮后產生的負荷為30 kN，壓力機回程時該力將卡在成形模中的工件向上頂出。為便于退料，成形模工作部分設計有30′的退料角。

成形工序上、下退料碟形彈簧設計計算結果見表4。

表4 成形工序退料碟形彈簧設計計算結果

3.2 6203軸承外圈鍛件毛坯料芯餅擠壓切底模具

料芯餅JB31-160壓力機熱擠壓切底模具結構如圖2所示。工作行程開始時，動模下行，退料圈下表面伸出退料板下表面8 mm。切底凸模底面過退料圈下表面36 mm時，切沖接座壓蓋下表面和退料板上表面接觸，滑塊繼續下行，動模推動退料板下壓。工作行程結束時，退料板下表面距切底模上表面間隙為25 mm；退料圈下表面距切底模上表面間隙為16 mm；切底凸模伸入切底模表面28 mm，伸入切底圈上表面8 mm，將廢料芯沖下。

1—上墊板；2—切凹模座；3—切沖壓墊；4—切沖接座；5—切底凸模；6—退料圈；7—切底模壓蓋；8—切底模；9—切底圈；10—切底模模座；11—圓螺母；12—下墊板；13—螺旋彈簧導桿座；14—螺旋彈簧；15—套座；16—退料板；17—導桿套；18—螺旋彈簧導桿；19—鎖緊墊；20—鎖緊螺母；21—切沖接座壓蓋

在退料圈不平幅，壓力機回程時，切底凸模可以將鍛件從切底模中直接帶出來，所以切底模只設上退料機構。剛性退料板兩端與對角安裝在下墊板上的兩個螺旋彈簧導桿座相聯，在壓力機回程時將箍在切底凸模外的鍛件退下。鎖緊螺母用于剛性退料板限位，螺旋彈簧用于支承剛性退料板[8]。