雙列圓錐滾子軸承外圈鍛造工藝的改進(jìn)

高春和，安增強(qiáng)

(甘肅海林中科科技股份有限公司 技術(shù)研發(fā)部，甘肅 天水 741018)

符號(hào)說明

AC——鍛件寬度留量，mm

AD——鍛件外徑留量，mm

A1D——鍛件外內(nèi)徑留量，mm

AG——鍛件外滾道留量，mm

C——外圈寬度，mm

Cm——鍛件寬度，mm

Cmq——計(jì)算鍛件質(zhì)量用寬度，mm

D——軸承外徑，mm

D1——外圈內(nèi)徑，mm

D1m——鍛件外圈內(nèi)徑，mm

De——外圈滾道直徑，mm

Dem——鍛件外圈滾道直徑，mm

Dm——鍛件外圈外徑，mm

Dmq——計(jì)算鍛件質(zhì)量用外圈外徑，mm

D1mq——計(jì)算鍛件質(zhì)量用外圈內(nèi)徑，mm

Demq——計(jì)算鍛件質(zhì)量用外圈滾道直徑，mm

G——千件消耗定額，kg/千件

G0——成品質(zhì)量，kg

G1——鍛件質(zhì)量，kg

G2——料芯質(zhì)量，kg

G3——火耗質(zhì)量，kg

G4——下料質(zhì)量，kg

hmq——計(jì)算鍛件質(zhì)量用滾道寬度，mm

kz——軸承鋼質(zhì)量系數(shù)，kz=6.165×10-6kg/mm3

kh——軸承鋼火耗系數(shù)(自由沖孔輾擴(kuò)工藝為0.040，擠壓-輾擴(kuò)工藝為0.010)

α——內(nèi)圈滾道素線與中心線夾角，(°)

η——材料利用率

1 問題的提出

雙列圓錐滾子軸承352124的外圈為雙滾道，原加工方法是在C41- 400型空氣錘上采用自由沖孔輾擴(kuò)工藝將坯料鍛造為直筒形鍛件。但在生產(chǎn)過程中存在變形大，鍛件留量和公差大，敷料多，材料利用率低及廢品率高等缺陷，而且鍛件的金屬流線分布破壞嚴(yán)重，車加工留量大。而擠壓-輾擴(kuò)工藝加工的鍛件，材料利用率高，車加工留量小，成本較低；鍛件金屬流線分布更加合理，致密度好，軸承使用壽命提高[1]。因此，提出在J31-315B型閉式單點(diǎn)壓力機(jī)上以擠壓-輾擴(kuò)工藝替代原自由沖孔輾擴(kuò)工藝。

2 工藝對(duì)比

2.1 自由沖孔輾擴(kuò)工藝

自由沖孔輾擴(kuò)工藝是利用空氣錘的自由沖孔和高效率的擴(kuò)孔機(jī)輾擴(kuò)相結(jié)合的一種工藝方法，具有工具簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、工藝靈活及鍛件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。其工藝流程為：鐓粗→沖盲孔→沖穿孔→脹孔→平高→輾擴(kuò)，整個(gè)制坯過程的形狀和尺寸依靠手工操作控制，鍛坯精度較差，材料利用率低， 車削留量大，鍛件結(jié)構(gòu)為直筒形 ，如圖1所示(括號(hào)內(nèi)尺寸為成品公稱尺寸)[1-2]。

圖1 352124外圈自由沖孔輾擴(kuò)鍛件

根據(jù)直筒形鍛件自由沖孔輾擴(kuò)工藝設(shè)計(jì)(圖2)計(jì)算得：

圖2 外圈自由沖孔輾擴(kuò)工藝設(shè)計(jì)圖

Dmq=Dm+ΔD/2 =203.8+1.1=204.9 ,

Cmq=Cm+ΔC/2=94.5+1.1=95.6 ,

D1mq=D1m-ΔD1/2=167.7-1.3=166.4,

(204.92-167.72)×95.6=8.17,

G2=0.121,

G3=kh(G1+G2)=0.040×(8.425+

0.121) =0.342,

G4=G1+G2+G3=8.425+0.121+

0.342=8.888,

G=9 360.9(計(jì)算過程復(fù)雜，略),

η=(1 000G0/G)×100%=

(1 000×4.27/9 360.9)×100%=45.6%。

2.2 擠壓-輾擴(kuò)工藝

擠壓-輾擴(kuò)工藝是在壓力機(jī)上采用擠壓成形的方法獲得輾擴(kuò)前的毛坯，然后在擴(kuò)孔機(jī)上輾擴(kuò)得到鍛件的一種工藝方法，其工藝穩(wěn)定性好，生產(chǎn)效率高，鍛件質(zhì)量高且安全。為了使鍛件具有與成品相同的形狀，增加了一道輾擴(kuò)工序，采用雙輾擴(kuò)毛坯工藝，其工藝流程(圖3)為：鐓粗→擠壓成形→沖穿孔、平高→第1次輾擴(kuò)→第2次輾擴(kuò)→整徑。擠壓-輾擴(kuò)工藝的鍛坯精度高，鍛件結(jié)構(gòu)與成品形狀相同(圖4，括號(hào)內(nèi)尺寸為成品公稱尺寸)，材料利用率高，車削留量小[1-2]。

圖3 內(nèi)錐形雙滾道擠壓-輾擴(kuò)工藝流程

圖4 352124外圈擠壓-輾擴(kuò)鍛件

根據(jù)圖5的雙滾道鍛件擠壓-輾擴(kuò)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算得：

圖5 外圈擠壓-輾擴(kuò)工藝設(shè)計(jì)圖

187.6-3.2+3×tan 11°20′=

C1m=[Cm-(Dem-D1m)/tanα]±1=93.0-

(185.0-169.2)/tan 11°20′=14.2±1，

Dmq=Dm+ΔD/2 =202.8+0.35=203.15，

Cmq=Cm+ΔC/2=93.0+0.45=93.45，

D1mq=D1m-ΔD1/2=169.2-0.4=168.8，

Demq=Dem-ΔDe/2=185.0-0.4=184.6，

C1mq=14.2，

hmq= (Cm-C1mq)/2+ΔC/4=

(93-14.2)/2+0.225=39.625，

[203.152×93.45-2×(184.62+184.6×168.8+168.82)×39.625/3-168.8×14.2=6.017，

G2=0.109，

G3=kh(G1+G2)=0.015×

(6.017+0.109) =0.092，

G4=G1+G2+G3=6.017+

0.109+0.092=6.218，

G=6 384.3，

η=(1 000G0/G)×100%=

(1 000×4.27/6 384.3)×100%=66.9%。

D51-250型輾環(huán)機(jī)采用組合式輾壓輪(圖6)，輾壓輪中的輪蓋根據(jù)需要沿軸向可自由調(diào)節(jié)距離，調(diào)整、更換方便，但要求鍛件的高度不能太高，否則表面倒角不易輾出，容易出現(xiàn)表面缺陷。因此，將352124的輾壓輪設(shè)計(jì)成一體輪以消除上述不足，輾壓輥結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖6 輾壓輪結(jié)構(gòu)示意圖 圖7 輾壓輥結(jié)構(gòu)示意圖

3 改進(jìn)效果

將內(nèi)錐形雙滾道套圈的自由沖孔輾擴(kuò)工藝改為擠壓-輾擴(kuò)工藝，經(jīng)對(duì)比分析、實(shí)際試驗(yàn)獲得了良好的效果。(1)材料利用率由原來的45.6%提高到66.9%，平均單件節(jié)約原材料2.977 kg。(2)鍛件的外觀質(zhì)量得到顯著提高，鍛件質(zhì)量穩(wěn)定。通過輾擴(kuò)，毛坯徑向受到壓縮，周向得以延伸，金屬流線沿周向連續(xù)排列，分布更為合理，提高了零件的強(qiáng)度和韌性，內(nèi)在力學(xué)性能良好。(3)擠壓-輾擴(kuò)中的整形工序使鍛件的幾何形狀和尺寸最大限度地接近成品形狀和尺寸，可獲得較精密的鍛件[3]。(4)改進(jìn)后的工藝操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了效率。

在此改進(jìn)基礎(chǔ)上，對(duì)形狀相近的350211X2/C9，350210，352132，352236，32236T196 DB，67784和35286等型號(hào)軸承的外圈鍛件做了相應(yīng)的工藝改進(jìn)，效果顯著。