外圈帶臺階軸承套圈的擠套輾擴(kuò)工藝

李亞杰，左英，張迅雷，李姝

(浙江五洲新春集團(tuán)股份有限公司，浙江 新昌 312500)

套鍛輾擴(kuò)工藝在軸承套圈鍛造中應(yīng)用廣泛，其采用中頻加熱+壓力機(jī)連線+輾環(huán)的一火鍛造，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[1-2]。套鍛輾擴(kuò)工藝主要適用于常規(guī)的中小型和中大型圓筒形鍛件、內(nèi)外溝形鍛件以及部分圓錐滾子軸承套圈等[3]。但對外圈帶臺階的異形汽車軸承來說，套鍛輾擴(kuò)工藝的鍛造材料利用率不高，而車加工方法的加工效率較低，因此，開發(fā)了一種擠套輾擴(kuò)工藝來加工該類鍛件。

1 鍛造工藝流程

原套鍛輾擴(kuò)工藝如圖1所示，改進(jìn)后的擠套輾擴(kuò)工藝如圖2所示。

圖1 套鍛輾擴(kuò)工藝流程

圖2 擠套輾擴(kuò)工藝流程

2 鍛件圖

鍛件尺寸由成品尺寸加上機(jī)械加工的余量和公差來確定，需均衡考慮材料消耗和模具壽命，以確定合理的留量和公差。留量需確保鍛件經(jīng)機(jī)加工后能夠去掉表面缺陷和全部的脫碳層，公差的大小與鍛造設(shè)備和模具的制造、安裝精度有關(guān)。依現(xiàn)有的加工能力和精度確定的鍛件尺寸結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 鍛件尺寸結(jié)構(gòu)圖

3 材料消耗計(jì)算

鍛件的材料消耗由4部分組成：外圈、內(nèi)圈、料芯及火耗部分，即

G=(W1+W2+W3)(1+λ1)，

式中：G為下料質(zhì)量，kg;W1為外圈質(zhì)量，kg;W2為內(nèi)圈質(zhì)量，kg;W3為料芯質(zhì)量，kg;λ1為火耗系數(shù)(中小型套圈中頻感應(yīng)加熱可以忽略不計(jì))。

鍛件質(zhì)量一般按公稱尺寸加公差的一半進(jìn)行計(jì)算，即按中間值計(jì)算下料質(zhì)量，復(fù)雜的形狀可以適當(dāng)調(diào)整，下料質(zhì)量公差依±1%計(jì)算。根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，參數(shù)的選擇基本符合鍛造的要求。本例產(chǎn)品計(jì)算出的質(zhì)量分別為：W1=0.370 kg；W2=0.233 kg；W3=0.042 kg，合計(jì)下料質(zhì)量G=(0.645±0.006) kg，實(shí)際下料質(zhì)量公差可保證在±0.004 kg以內(nèi)。

4 模具的設(shè)計(jì)

根據(jù)擠套輾擴(kuò)的工藝特點(diǎn)，主要對套料、擠壓、輾擴(kuò)及整形工序模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，而常規(guī)的內(nèi)圈擠壓工藝不作介紹。

4.1 套料模具

套料工序是將內(nèi)外圈用料分離成外圈坯料和內(nèi)圈坯料。模具的作用是將內(nèi)外圈坯料準(zhǔn)確的分離,套料模具結(jié)構(gòu)如圖4所示。首先確定分離出內(nèi)圈坯料所用凸模直徑尺寸，然后根據(jù)凸模尺寸計(jì)算分離凹模內(nèi)徑尺寸，分離凸模直徑為

d=[(W2+W3)×106/(6.165B)]1/2·

(1+λ2)=48 mm，

式中：d為分離凸模直徑，mm；B為擠壓成形高度，mm；λ2為熱脹冷縮系數(shù)，通常取λ2=0.01(下同)。

1—分離下模；2—分離凸模；3—凸模壓帽；4—退料壓板；5—外圈坯料；6—分離凹模

由于外圈帶臺階，擠壓、套料都是在封閉式模具內(nèi)進(jìn)行，為了便于套料時坯料易于放入凹模，分離凹模要比擠壓凹模尺寸大一些，因此擠壓成形高度取鍛件寬度最大值，即在鍛件寬度基本尺寸的基礎(chǔ)上再加1 mm，為19.7 mm，分離結(jié)束退料并平高。退料壓板內(nèi)徑和分離下模內(nèi)徑均為d1，d1=d+(1～2) =49 mm；h為外圈臺階寬度，h=8.7 mm；H為外圈平高深度(平高深度為鍛件寬度的基本尺寸)。

分離凹模內(nèi)徑采用分段計(jì)算方法，即

80.2 mm，

67.7 mm，

式中：D1n為鍛件大外徑中值 ，mm；D2n為鍛件小外徑中值，mm；dn為鍛件內(nèi)徑中值，mm；δ為間隙調(diào)整量，一般取δ=0.3～1 mm(下同)。

4.2 擠壓模具

擠壓工序的目的是先鍛造出外圈臺階的形狀，以便于外徑的輾擴(kuò)成形，使材料流動更合理。擠壓模具結(jié)構(gòu)如圖5所示。擠壓凹模內(nèi)徑尺寸比分離凹模內(nèi)徑尺寸小一些，即

79.5 mm，

67.4 mm。

圖5中h1為外徑臺階深度，h1=h-δ=8 mm；H1為擠壓件進(jìn)入凹模深度，H1=H-δ=18 mm；d2為擠壓凸模外徑，d2=D3-δ=79.5 mm；d3為擠壓沖墊外徑，d3=D4-δ=66.5 mm。

1—擠壓凸模；2—擠壓件；3—擠壓凹模；4—沖墊

4.3 擴(kuò)孔模具

外圈帶臺階鍛件的輾擴(kuò)模具主要是輾壓輪和推力輥，輾擴(kuò)模具結(jié)構(gòu)如圖6所示。其中

B=(1+λ2)Bn=18.9 mm，

C1=(D1n-dn)/2-δ=12.4 mm，

C2=(D2n-dn)/2-δ=6.9 mm，

C3=(D1n-D2n)/2=5.25 mm，

α=1.5°～3°，

式中：B為輾壓輪槽底寬度，mm；Bn為外圈鍛件寬度，mm。

圖6 輾擴(kuò)模具

4.4 整形模具

整形的目的是為了提高輾擴(kuò)鍛件的尺寸精度和幾何形狀。鍛件車加工第1道工序中大外徑為夾緊面，鍛件整形后可提高精度，整形模具結(jié)構(gòu)如圖7所示。整形凹模內(nèi)徑為

D=(1+λ2)D1nmax=89.5 mm，

式中：D為整形凹模內(nèi)徑；D1nmax為鍛件大端外徑最大尺寸。

圖7 整形模具

為了便于鍛件放入整形凹模，凹模端口錐度β取6°左右，長度10 mm左右。整形凸模采用組合形式，節(jié)材且便于更換。

5 結(jié)束語

外圈帶臺階軸承套圈擠套輾擴(kuò)工藝的關(guān)鍵是外徑臺階先行擠壓成形，另外內(nèi)外圈坯料分離的準(zhǔn)確性以及正確的模具設(shè)計(jì)方法也尤為重要。文中設(shè)計(jì)的模具尺寸符合鍛件設(shè)計(jì)要求，已經(jīng)過大批量的生產(chǎn)驗(yàn)證。

該工藝方法改善了鍛件的幾何形狀，使鍛件斷面形狀最大限度地接近套圈形狀，因此提高了材料利用率(與套鍛輾擴(kuò)工藝相比節(jié)材率達(dá)17%)，減小了機(jī)加工留量，提高了鍛件的內(nèi)部質(zhì)量。經(jīng)過輾擴(kuò)的套圈晶粒致密，纖維流線好，從而延長了軸承的疲勞壽命。