中小型圓錐滾子軸承套圈套塔復合鍛造

何志兵，程學正，丁 磊，何云峰

(1.襄陽汽車軸承股份有限公司，湖北 襄樊 441022；2.廣西工學院 機械系，廣西 柳州 545006)

中小型圓錐滾子軸承套圈毛坯的鍛造工藝十分重要,其對套圈的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益有很大影響。國際知名企業(yè)多采用高速鐓鍛機或多工位壓力機進行該類軸承毛坯的熱鍛生產(chǎn)，并采用中頻感應電爐加熱和塔鍛工藝或冷、溫擠壓工藝來提高軸承毛坯的精度，降低制造成本。我國絕大部分軸承企業(yè)生產(chǎn)中小型圓錐滾子軸承毛坯的批量不大，因此，多采用內(nèi)、外圈單件鍛生產(chǎn)，外圈采用擠壓擴孔或擠壓擴孔整徑工藝生產(chǎn)，內(nèi)圈采用擠壓穿孔工藝生產(chǎn)，只有少數(shù)企業(yè)的部分型號采用套鍛工藝或塔鍛工藝。

1 問題的提出

我公司生產(chǎn)的中小型圓錐滾子軸承屬輕薄系列，其中，小型圓錐滾子軸承單獨鍛造投料直徑為Φ28～35 mm，無法用現(xiàn)有棒料剪下料。同時，現(xiàn)有中頻感應電爐加熱的感應器最小規(guī)格為Φ50 mm，加熱的最小料段規(guī)格為Φ40 mm，若直接用這樣的感應器加熱料段，不僅動能空耗大，而且上料和推料也存在技術障礙，因此該類毛坯在現(xiàn)有裝備條件下無法單獨生產(chǎn)。為滿足生產(chǎn)需要，目前普遍采用異型套鍛工藝生產(chǎn)投料，即用其他大型零件作為母體進行套鍛小型圓錐滾子軸承套圈。此種生產(chǎn)方式，增加了制造成本，也給均衡生產(chǎn)帶來了諸多不便。

隨著中小型圓錐滾子軸承生產(chǎn)批量的加大，對傳統(tǒng)的套圈毛坯鍛造工藝進行了優(yōu)化, 采用新型套塔復合鍛造工藝技術和新型小輾壓比輾擴工藝技術，組建基于套塔復合鍛造工藝的中小型圓錐滾子軸承套圈內(nèi)外同套生產(chǎn)線，從而對提高毛坯質(zhì)量，降本增效，實現(xiàn)均衡準時化生產(chǎn)具有重大現(xiàn)實意義。

2 生產(chǎn)線工藝方案分析

以32210軸承套圈為例，對其單件鍛、塔鍛和套塔復合鍛造3種工藝方案下的各項參數(shù)進行對比分析。

2.1 留量與公差

3種工藝方案下的工藝留量和公差的對比如表1、表2所示。

表1 外圈留量與公差 mm

表2 內(nèi)圈留量與公差 mm

2.2 鍛件圖

外圈單件鍛鍛件示意圖見圖1，外圈塔鍛和套塔復合鍛造示意圖相同，見圖2。內(nèi)圈單件鍛、塔鍛和套塔復合鍛造示意圖相同，見圖3。

圖1 32210/01單件鍛鍛件示意圖

圖2 32210/01塔鍛和套塔復合鍛造鍛件示意圖

圖3 32210/02單件鍛、塔鍛和套塔復合鍛造鍛件示意圖

2.3 鍛件質(zhì)量和材料消耗

3種工藝方案下鍛件質(zhì)量和材料消耗對比見表3。表中套塔其他質(zhì)量為工藝輔料(輔料厚度為3 mm)質(zhì)量，主要是針對內(nèi)圈大端面外徑比外圈大端面內(nèi)徑大時，為保證內(nèi)圈大端面外徑尺寸，不能直接通過穿孔分離內(nèi)、外圈(直接穿孔會造成外圈大端面內(nèi)徑留量不夠)，而是經(jīng)過特殊技術處理后用3 mm的切斷刀切掉3 mm的工藝輔料，從而實現(xiàn)內(nèi)、外圈分離。若內(nèi)圈大端面外徑比外圈大端面內(nèi)徑小，就不需要工藝輔料。32210內(nèi)、外圈塔鍛擠壓成形如圖4所示。

表3 鍛件質(zhì)量和材料消耗 kg

圖4 32210內(nèi)、外圈塔鍛擠壓成形示意圖

2.4 材料利用率、投資成本和生產(chǎn)效率對比表

32210成品套圈質(zhì)量為0.376 kg(外圈0.201 kg，內(nèi)圈0.175 kg)，由表3材料消耗可計算出材料利用率。3種工藝方案下，材料利用率、投資成本和生產(chǎn)效率對比見表5。

表5 材料利用率、投資成本和生產(chǎn)效率

對比3種工藝方案可以看出：單件鍛只能單件生產(chǎn)，生產(chǎn)效率和材料利用率低。塔形鍛造工藝內(nèi)、外圈可同步均衡生產(chǎn)，生產(chǎn)效率較高，但材料利用率較低，且內(nèi)、外分離技術不夠成熟，存在不確定性風險。套塔復合鍛造新技術，可利用現(xiàn)有生產(chǎn)設備資源，實現(xiàn)內(nèi)、外圈同步生產(chǎn)，一次性投資最少，生產(chǎn)效率較高，材料利用率高，生產(chǎn)線通用性強，綜合效益最好。

3 套塔復合鍛造工藝

3.1 工藝流程的制訂

基于套塔復合鍛造的中小型圓錐滾子軸承套圈內(nèi)、外圈同套生產(chǎn)的工藝流程，針對不同產(chǎn)品，具有不同的工藝流程，如圖5所示。

圖5 工藝流程

3.2 關鍵工序分析及模具設計

3.2.1 擠壓

擠壓工序包括鐓粗、擠壓、分套3個工步。

3.2.1.1 鐓粗

鐓粗使加熱的坯料在上鐓和下鐓作用下高度減小而橫截面增大，去除鍛造氧化，為下一步擠壓工步的制坯做準備。坯料鐓粗如圖6所示。

圖6 坯料鐓粗示意圖

3.2.1.2 擠壓

擠壓工步主要為下一步外圈輾擴和內(nèi)圈分料做好準備。此工步既要保證外圈毛坯有足夠輾壓比、內(nèi)圈毛坯和料芯的合重達到要求，又要保證分套后的料餅有一定的鐓粗比，坯料高度大于內(nèi)圈擠壓成形的高度。毛坯復合擠壓如圖7所示。

1—上模；2—毛坯；3—凹模；4—分套模；5—下模

3.2.1.3 分套

分套的作用是把內(nèi)圈坯料從外圈坯料分離出來。圓錐滾子軸承內(nèi)、外圈毛坯分套如圖8所示。

1—分套沖；2—外套坯料；3—分套模；4—內(nèi)套坯料

3.2.2 輾擴

輾擴工序采用新型小輾壓比輾擴工藝，在輾壓比為1.1～1.4下進行輾壓擴孔變形。圓錐滾子軸承外圈毛坯輾擴見圖9。

1—輾壓輪；2—輾壓輥；3—外圈坯料；4—信號輥；5—推力輥

3.2.3 整徑

整徑工序為最終的毛坯成形工序，直接影響毛坯的最終尺寸。圓錐滾子軸承外圈毛坯整徑見圖10。

圖10 圓錐滾子軸承外圈毛坯整徑示意圖

4 結束語

組建中小型圓錐滾子軸承套圈內(nèi)外同套生產(chǎn)線后，徹底解決了單件鍛生產(chǎn)無法在現(xiàn)有棒料剪下料、在現(xiàn)有鍛造中頻感應器加熱的問題。對部分外徑大于90 mm的中型圓錐滾子軸承套圈進行了減留整徑，毛坯精度得到了大幅度提高。解決了外圈外徑為Φ75～92 mm，且內(nèi)圈大端面外徑比外圈大端面內(nèi)徑大的中小型圓錐滾子軸承套圈內(nèi)外同套的生產(chǎn)問題，提高了生產(chǎn)效率和材料利用率。通過一段時間的試生產(chǎn)，此生產(chǎn)線能夠穩(wěn)定地進行生產(chǎn)，具有廣泛的推廣價值。