管料生產(chǎn)圓錐滾子軸承沖壓保持架工藝

馬延波，劉致文，李慎華，曾獻(xiàn)智

(1.洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471039；3.滾動(dòng)軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽(yáng) 471039；4.洛陽(yáng)LYC軸承有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

符號(hào)說明

c——板料邊長(zhǎng)

d1——保持架小端直徑

d2——保持架內(nèi)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(zhǎng)度

t——管料壁厚

t0——保持架大端壁厚

α——保持架內(nèi)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(yīng)用于汽車、軋機(jī)、礦山、冶金等行業(yè)，目前其保持架通常采用板料連續(xù)加工的方法，生產(chǎn)效率較高，但生產(chǎn)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(duì)2種工藝進(jìn)行對(duì)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(jù)沖壓成形過程中質(zhì)量不變?cè)恚摴芡鈴紻0≥d1，取整后為φ115 mm，壁厚2.5 mm。根據(jù)計(jì)算式

h=(d1-d2)/2+2t，

(1)

L=H+h+e，

(2)

計(jì)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(zhǎng)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(diǎn)對(duì)此進(jìn)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(chǎn)。

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

1—推桿；2—活動(dòng)刀刃芯棒；3—固定刀刃芯棒；4—管料；5—固定刀刃

切斷時(shí)，為防止管壁被壓扁而在管內(nèi)設(shè)置合金鋼芯棒，芯棒與管內(nèi)徑留有一定間隙，保證管料的變形量控制在該間隙范圍內(nèi)，以及送料并防止切口歪斜。固定刀刃與活動(dòng)刀刃為弧形，工作時(shí)固定刀刃不動(dòng)，活動(dòng)刀刃沿箭頭方向運(yùn)動(dòng)，將鋼管切斷后，活動(dòng)刀刃讓位，3支推桿將切下的保持架毛坯推出后復(fù)位，右側(cè)送料機(jī)構(gòu)將剩余管料推進(jìn)，進(jìn)行下一次切料。

3)激光切割。切割機(jī)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(zhǎng)361 mm，每千件激光切割費(fèi)用為100元，但設(shè)備較昂貴。

1.2 成形

成形分為初成形和終成形2道工序，設(shè)備可采用J23-XX或J31-XX型壓力機(jī)，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?yōu)殄F形，即在坯料質(zhì)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(tài)，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(nèi)角α為成形時(shí)模具的角度，外角β為凹模角(已定型號(hào)圓錐滾子軸承外角β為定值)，內(nèi)角α為終成形時(shí)凸模角。α可由(3)式～(5)式計(jì)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(guān)系知

(5)

代入30216圓錐保持架各參數(shù)，得α=15.07°。

1.3 模具設(shè)計(jì)

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(tái)，凸臺(tái)高度H′=H+e-t，凸模角等于保持架內(nèi)角α，作用于坯料內(nèi)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(shí)壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)凸模向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)凹模錐形孔與管料外徑面接觸時(shí)，凹模在壓力機(jī)作用下與卸料板間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)(凹模相對(duì)卸料板向下運(yùn)動(dòng))，使鋼管向內(nèi)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(tái)階處；當(dāng)凹模向下運(yùn)動(dòng)的相對(duì)距離達(dá)到s后，卸料板與壓力機(jī)滑塊接觸，在壓力機(jī)作用下向下運(yùn)動(dòng)至鋼管上端，鋼管上端在卸料板壓力作用下，向內(nèi)側(cè)彎曲γ角；初成形完成后壓力機(jī)滑塊向上帶動(dòng)凹模運(yùn)動(dòng)，同時(shí)卸料棒帶動(dòng)卸料板將保持架從凹模上卸下(初成形后保持架通常會(huì)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。

1—卸料棒；2—壓力機(jī)滑塊；3—卸料板；4—凹模；5—管料毛坯；6—凸模；7—凸模座

2 工藝對(duì)比

2.1 工藝過程

板料加工圓錐保持架的傳統(tǒng)工藝為：下料→切料成形→切底→沖窗孔→壓坡→車邊→擴(kuò)張。

管料加工圓錐保持架工藝為：切管下料→初成形→終成形→切底→沖窗孔→壓坡→車邊→擴(kuò)張。

2.2 原料成本

板料加工時(shí)選材一般為10#鋼板，其毛坯尺寸如圖5所示。

(6)

由(6)式得板料外徑D0=159 mm，取邊長(zhǎng)c=165 mm，板厚2.5 mm，材料密度ρ=7.85 g/cm3[2]，材料每噸價(jià)格為3 500 元，計(jì)算得板料重量為534 g，每千件毛坯成本為1 869元。

圖5 保持架板料毛坯

管料加工時(shí)材料通常為低碳無縫鋼管，密度ρ=7.85 g/cm3，每噸價(jià)格3 800 元，計(jì)算得管料重量為280 g，每千件成本為1 064 元。

對(duì)比結(jié)果表明：采用管料加工比傳統(tǒng)板料加工毛坯重量減輕47%，原料成本節(jié)約43%。

2.3 產(chǎn)品精度及性能

沖壓加工保持架精度主要由模具保證，2種加工方法所生產(chǎn)的保持架精度及性能基本一致，板料加工所能滿足的精度及使用要求，采用管料加工實(shí)際應(yīng)用表明也能滿足要求。

2.4 加工效率

管料加工較板料加工在提高加工效率方面主要體現(xiàn)在下料工序。

板料加工下料時(shí)先將板料剪切成長(zhǎng)條狀，再使用壓力機(jī)人工逐一送料、下料，工作量較大，廢料較多。

管料加工可將管料剪切成一定長(zhǎng)度后采用管料芯棒剪切法下料，每次剪切下的鋼管都為所需長(zhǎng)度，完成一次下料后，送料機(jī)構(gòu)自動(dòng)送料，節(jié)材且加工效率較高。

3 結(jié)束語(yǔ)

管料加工圓錐滾子軸承保持架，下料工序采用管料芯棒剪切法，以30216圓錐滾子軸承為例的分析表明：管料、板料加工中模具制造費(fèi)用基本相當(dāng)，產(chǎn)品合格率基本一致；但管料加工保持架的坯料重量可減輕47%，原料成本節(jié)約40%；生產(chǎn)效率更好，人工勞動(dòng)強(qiáng)度降低。