軸承套圈鍛造熱切下料工裝的改進

劉輝，趙玲權，吳浩，楊軍

(1.新昌縣大雄鍛造有限公司，浙江 新昌 312580；2.浙江天馬軸承股份有限公司，杭州 310015)

軸承套圈鍛造過程中，始鍛、終鍛溫度及鍛后冷卻速度對鍛件的內在質量起著至關重要的作用[1-2]。而熱切下料時在坯料上產生的毛刺、壓塌變形、馬蹄形、端面斜度大、坯料重量誤差較大等缺陷，易導致在鍛件端面上產生折疊裂紋；端面斜度過大時，鐓粗過程中坯料容易歪斜，易造成鍛件產生毛刺和塌邊。這些缺陷不僅對鍛件的外觀和內在質量產生影響，而且給車削加工增加難度，使工件廢品率升高。因此，通過對現場的調查和實物分析，對傳統下料工裝進行改進。

1 傳統的下料工裝模具

傳統的沖床熱切下料工裝結構如圖1所示，是目前國內軸承鍛造企業大多采用的下料工裝結構。頂料桿中心線與套筒刀中心線偏離較大，頂料桿直徑小，為盡量減少棒料和頂料桿的接觸面積，防止坯料產生端部翹皮現象，頂料桿端部加工成錐臺形。這種結構雖然解決了坯料端部翹皮問題，但頂料桿剛性相對較差，坯料斜度大導致下料重量誤差較大。另外，棒料與頂料桿的接觸面積小，剪切時坯料兩端面受力不均；刀板接觸棒料后，坯料接觸頂料桿的一端先下落，受剪切的一端后下落，導致坯料端面斜度較大，產生毛刺(圖2)。

套筒刀、活動刀板材料為熱作模具鋼H13，活動刀板為方形4口型，實際使用壽命相對較短，模具成本也較高。

1—套筒刀；2—套筒座；3—活動刀板；4—活動刀板固定架；5—頂料桿；6—棒料；7—坯料

圖2 改進前的坯料

2 改進后的下料工裝模具

改進后的沖床熱切下料工裝結構如圖3所示。

1—套筒刀；2—套筒座；3—不銹鋼焊條堆焊處； 4—活動刀板；5—活動刀板固定架；6—棒料；7—頂料桿；8—坯料

2.1 增大頂料桿直徑

將頂料桿直徑加大為45 mm，且端面車平整，以增加棒料和頂料桿的接觸面積，增加摩擦力，使剪切時坯料兩端面受力均衡，盡量保證坯料下落時兩端面基本水平，減小坯料端面斜度。

2.2 確定頂料桿位置

將頂料桿中心線與套筒刀中心線偏差減小，并保證頂料桿的中心線位置略高于套筒刀中心線(20 mm以內)。若剪切棒料直徑過大，可以在頂料桿前端加一個杯形套，適當加大與棒料的接觸面積，根據實際情況靈活調整。頂料桿的支撐位置到頂料桿端面的距離約為150 mm，以保證剪切時坯料兩端面受力均衡的同時減小頂料桿的變形。

2.3 下料模具

改進后下料模具如圖4所示。套筒刀、活動刀板(方形4口型)基體材料由熱作模具鋼更換為45#鋼，熱處理后硬度為28～40 HRC；工作刃口部位用A402(E310-16)耐熱不銹鋼焊條堆焊，如果刃口部位使用中有磨損、裂紋等缺陷出現，只需再重復堆焊一遍，然后在車床上加工至需要尺寸，即可再次使用。堆焊前對基體進行預熱，堆焊后進行適當的熱處理(回火)，既可以提高堆焊層熔敷金屬的性能，又能減小或消除殘余應力，改善過渡區金屬結合性能[3]。下料生產中要采取有效的冷卻措施對模具進行充分冷卻，以提高使用壽命。

圖4 改進后的下料模具

2.4 費用對比

改進前、后下料工裝的費用及模具的使用壽命對比見表1。

表1 改進前、后下料工裝的對比

3 有限元模擬分析

為進一步說明改進后下料工裝的可行性，利用有限元軟件DEFORM對改進前、后工裝的下料過程進行模擬分析。下料工裝的有限元模型如圖5所示，工裝的改進主要體現在頂料桿的結構及刀刃的材料上，這里主要針對頂料桿的結構改進進行分析。

圖5 下料工裝的有限元模型

工裝改進前、后的下料過程分別如圖6、圖7所示。改進前由于頂料桿與棒料的接觸面積小，下料初始階段棒料就會與頂料桿分開，從而出現下垂現象，直至坯料與棒料完全分離，從而導致坯料的上下端面間存在一定的傾斜角度。改進后由于頂料桿與棒料間的接觸面積較大，坯料與棒料分離之前，幾乎一直與頂料桿接觸，而頂料桿在下料過程中給予坯料一個支撐力，使坯料中軸線基本水平，從而減小了坯料上下端面間的傾斜角度，端面平整度提高，毛刺明顯減少[4]。

圖6 改進前的下料過程

圖7 改進后的下料過程

4 實際生產驗證

對改進、優化后的工藝進行生產現場驗證，在同一生產線、同一工藝參數下，對工裝結構改進前、后加工的同一型號產品進行對比，如圖8～圖10所示。由圖可知，改進后壓塌量小，坯料幾乎沒有馬蹄形，接近圓形；坯料的端面斜度、壓塌量及毛刺得到明顯改善；產品端面折疊裂紋得到有效控制。實際使用數據對比見表2。

圖8 坯料斷面圖

圖9 坯料垂直放置圖

圖10 產品端面圖

表2 改進前、后的實際對比結果

5 結束語

采用改進后的下料工裝使坯料端面斜度、重量誤差、毛刺、壓塌量、馬蹄形等均得到了很好的控制，產品質量大大提升。下料模具基體采用45#鋼，工作刃口部位用不銹鋼堆焊，可重復修整使用，模具使用壽命延長，生產過程中更換模具次數減少，生產效率提高。該下料工裝已在我公司所有鍛造生產線上推廣使用。