管料生產圓錐滾子軸承沖壓保持架工藝

2016-07-25 03:35:20馬延波劉致文李慎華曾獻智

軸承 2016年3期

馬延波，劉致文，李慎華，曾獻智

(1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術重點實驗室，河南洛陽 471039；3.滾動軸承產業技術創新戰略聯盟，河南洛陽 471039；4.洛陽LYC軸承有限公司，河南洛陽 471039)

符號說明

c——板料邊長

d1——保持架小端直徑

d2——保持架內徑

d3——保持架大端直徑

D0——管/板料外徑

e——保持架大端修變量

h——彎邊量

H——保持架高度

L——管料長度

t——管料壁厚

t0——保持架大端壁厚

α——保持架內角

β——保持架外角

γ——保持架初成形角

Δ——保持架壁厚變化量

圓錐滾子軸承廣泛應用于汽車、軋機、礦山、冶金等行業，目前其保持架通常采用板料連續加工的方法，生產效率較高，但生產成本也較高。下文提出一種采用管料加工的新工藝，并以30216圓錐滾子軸承保持架為例對2種工藝進行對比。

1 管料加工工藝

30216圓錐滾子軸承保持架無縫鋼管坯料與成形圖如圖1所示。

圖1 30216圓錐滾子軸承保持架/終成形圖

根據沖壓成形過程中質量不變原理，鋼管外徑D0≥d1，取整后為φ115 mm，壁厚2.5 mm。根據計算式

h=(d1-d2)/2+2t，

(1)

L=H+h+e，

(2)

計算得彎邊量h=11.1 mm，一般圓錐保持架大端修邊量e=1.5 mm，得到鋼管長L=40.4 mm。

管料加工圓錐保持架與板料加工工藝的主要不同是下料(切管)和成形工序，因此重點對此進行分析。

1.1 切管

切管主要有3種方法。

1)車床車削，一般用于小批量生產。

2)管料芯棒剪切法[1]，如圖2所示。其工藝簡單、成本低、效率高，適合批量化生產。

1—推桿；2—活動刀刃芯棒；3—固定刀刃芯棒；4—管料；5—固定刀刃

切斷時，為防止管壁被壓扁而在管內設置合金鋼芯棒，芯棒與管內徑留有一定間隙，保證管料的變形量控制在該間隙范圍內，以及送料并防止切口歪斜。固定刀刃與活動刀刃為弧形，工作時固定刀刃不動，活動刀刃沿箭頭方向運動，將鋼管切斷后，活動刀刃讓位，3支推桿將切下的保持架毛坯推出后復位，右側送料機構將剩余管料推進，進行下一次切料。

3)激光切割。切割機功率為2 000 W，切割速度3 000 mm/min，切割成本為50元/h，30216圓錐保持架管料毛坯周長361 mm，每千件激光切割費用為100元，但設備較昂貴。

1.2 成形

成形分為初成形和終成形2道工序，設備可采用J23-XX或J31-XX型壓力機，初成形過程如圖3所示，終成形過程如圖1所示。圖3中虛線部分為管料毛坯，初成形γ角一般為35°～40°。

圖3 圓錐保持架初成形過程

成形過程中鋼管由圓柱形變為錐形，即在坯料質量不變的前提下，管料直徑由115 mm延展為保持架大端直徑d3，材料處于拉伸狀態，厚度變薄。

成形后的保持架大端壁厚減小，所以α>β，保持架外角β和內角α為成形時模具的角度，外角β為凹模角(已定型號圓錐滾子軸承外角β為定值)，內角α為終成形時凸模角。α可由(3)式～(5)式計算

(3)

Δ=t-t0，

(4)

將D0=115 mm，t=2.5 mm，d3=127.3 mm代入(3)式、(4)式得30216圓錐保持架大端壁厚t0=2.26 mm，壁厚變化量Δ=0.24 mm。由幾何關系知

(5)

代入30216圓錐保持架各參數，得α=15.07°。

1.3 模具設計

主要介紹管料初成形和終成形模具(圖4)，其余工序模具與板料加工類似。

初/終成形模具主要由卸料棒、凹模、凸模、卸料板組成。凹模帶有錐形孔，凹模角等于保持架外角β，作用于坯料外徑面；凸模為錐形凸臺，凸臺高度H′=H+e-t，凸模角等于保持架內角α，作用于坯料內徑；初成形與終成形的不同之處在于卸料板，卸料板作用于坯料上端面，初成形卸料板角度為初成形角γ，終成形卸料板角度為0。

如圖4b所示，凸模固定于凸模座，坯料置于凸模上，卸料板與凹模為間隙配合。工作時壓力機滑塊帶動凸模向下運動，當凹模錐形孔與管料外徑面接觸時，凹模在壓力機作用下與卸料板間產生相對滑動(凹模相對卸料板向下運動)，使鋼管向內收縮成錐形(保持架小端)，將保持架下端面壓至凸模錐——柱面的臺階處；當凹模向下運動的相對距離達到s后，卸料板與壓力機滑塊接觸，在壓力機作用下向下運動至鋼管上端，鋼管上端在卸料板壓力作用下，向內側彎曲γ角；初成形完成后壓力機滑塊向上帶動凹模運動，同時卸料棒帶動卸料板將保持架從凹模上卸下(初成形后保持架通常會粘在凹模上)。終成形過程與初成形類似，只需將卸料板換為終成形卸料板即可。