外圈帶臺階軸承套圈的擠套輾擴工藝

李亞杰，左英，張迅雷，李姝

(浙江五洲新春集團股份有限公司，浙江 新昌 312500)

套鍛輾擴工藝在軸承套圈鍛造中應用廣泛，其采用中頻加熱+壓力機連線+輾環的一火鍛造，取得了很好的經濟效益和社會效益[1-2]。套鍛輾擴工藝主要適用于常規的中小型和中大型圓筒形鍛件、內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，開發了一種擠套輾擴工藝來加工該類鍛件。

1 鍛造工藝流程

原套鍛輾擴工藝如圖1所示，改進后的擠套輾擴工藝如圖2所示。

圖1 套鍛輾擴工藝流程

圖2 擠套輾擴工藝流程

2 鍛件圖

鍛件尺寸由成品尺寸加上機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。留量需確保鍛件經機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備和模具的制造、安裝精度有關。依現有的加工能力和精度確定的鍛件尺寸結構如圖3所示。

圖3 鍛件尺寸結構圖

3 材料消耗計算

鍛件的材料消耗由4部分組成：外圈、內圈、料芯及火耗部分，即

G=(W1+W2+W3)(1+λ1)，

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

鍛件質量一般按公稱尺寸加公差的一半進行計算，即按中間值計算下料質量，復雜的形狀可以適當調整，下料質量公差依±1%計算。根據多年經驗，參數的選擇基本符合鍛造的要求。本例產品計算出的質量分別為：W1=0.370 kg；W2=0.233 kg；W3=0.042 kg，合計下料質量G=(0.645±0.006) kg，實際下料質量公差可保證在±0.004 kg以內。

4 模具的設計

根據擠套輾擴的工藝特點，主要對套料、擠壓、輾擴及整形工序模具進行設計，而常規的內圈擠壓工藝不作介紹。

4.1 套料模具

套料工序是將內外圈用料分離成外圈坯料和內圈坯料。模具的作用是將內外圈坯料準確的分離,套料模具結構如圖4所示。首先確定分離出內圈坯料所用凸模直徑尺寸，然后根據凸模尺寸計算分離凹模內徑尺寸，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，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進行，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上再加1 mm，為19.7 mm，分離結束退料并平高。退料壓板內徑和分離下模內徑均為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)。

分離凹模內徑采用分段計算方法，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為鍛件內徑中值，mm；δ為間隙調整量，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，以便于外徑的輾擴成形，使材料流動更合理。擠壓模具結構如圖5所示。擠壓凹模內徑尺寸比分離凹模內徑尺寸小一些，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 擴孔模具

外圈帶臺階鍛件的輾擴模具主要是輾壓輪和推力輥，輾擴模具結構如圖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 輾擴模具

4.4 整形模具

整形的目的是為了提高輾擴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，整形模具結構如圖7所示。整形凹模內徑為

D=(1+λ2)D1nmax=89.5 mm，

式中：D為整形凹模內徑；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，節材且便于更換。

5 結束語

外圈帶臺階軸承套圈擠套輾擴工藝的關鍵是外徑臺階先行擠壓成形，另外內外圈坯料分離的準確性以及正確的模具設計方法也尤為重要。文中設計的模具尺寸符合鍛件設計要求，已經過大批量的生產驗證。

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(與套鍛輾擴工藝相比節材率達17%)，減小了機加工留量，提高了鍛件的內部質量。經過輾擴的套圈晶粒致密，纖維流線好，從而延長了軸承的疲勞壽命。