微型軸承冠形保持架壓球窩模具改進設計

高飛，宗曉明，權超健，陳懷剛

(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)

1 沖壓冠形保持架加工難點

微型深溝球軸承常用沖壓保持架有浪形和冠形2種。前者結構牢固，工藝成熟；后者結構簡單緊湊，節約材料，生產工序少，裝配方便，變形小，容易清洗，有利于改善軸承旋轉靈活性等動態性能指標[1-2]，較浪形保持架更具優勢。

微型軸承冠形保持架外徑尺寸僅2～8 mm，生產工藝流程如圖1所示：下料→成形、切底→壓球窩，在生產中難度最大的是壓球窩工序[3]。目前冠形保持架壓球窩工序多采用簡易模具，生產效率低，產品一致性差，且球窩均勻性差，經常出現因球窩質量影響軸承旋轉靈活性的問題[3-4]，成為加工的技術難題。

圖1 微型軸承冠形保持架加工工藝Fig.1 Stamped crown cage of miniature bearing

2 改進前壓球窩方法及問題分析

2.1 工作原理

改進前壓球窩模具結構如圖2所示。工作時，將工件放入凹模中，通過限位柱調整工件的高度，緊固圈通過螺釘壓緊左右凹模，使其成為一體，然后手工放入鋼球。為防止鋼球掉落，在鋼球上涂抹黃油，使其粘在工件上，然后錘擊凸模，使其向下運動，在凸模斜坡的作用下，鋼球向四周擴展，完成壓球窩工序;最后松開螺釘，分開左右凹模，取出工件。

1—底座；2—螺釘；3—凹模；4—緊固套；5—限位柱；6—鋼球；7—凸模；8—保持架；9—內六角螺釘

2.2 存在的問題分析

采用改進前壓球窩裝置加工的保持架容易出現缺陷，典型缺陷如圖3所示，球窩出現明顯偏移，左、右側受力不均，不同球窩存在深淺差異，產品一致性差，成品率僅50%左右，且每次壓球窩都需要拆卸一次模具，生產效率低。

圖3 模具改進前保持架壓球窩缺陷

從壓窩工序的凹模精度、導向裝置、填球方式、壓窩時鋼球運動軌跡4個主要影響因素進行分析。

1)凹模精度。為了保證壓球窩后保持架能順利脫模，凹模采用了左右組合結構，受結構及加工方式的影響，凹模圓度及等分精度不高；加工過程中壓窩鋼球會對凹模產生周向力，使其向外擴張，對凹模等分精度造成影響。

2)導向裝置。無導向裝置，凸模向下運動進行壓球窩時可能產生偏斜，造成壓窩鋼球受力不均，從而產生壓窩深度差異。

3) 填球方式。手工填球，為了保證鋼球不掉落，采用涂抹黃油粘結方式，手工操作一致性差。

4)壓窩鋼球運動軌跡。壓球窩過程中，鋼球自由運動，無導向裝置，容易出現壓窩不均現象。

3 改進方法

經分析，原壓窩裝置結構不合理是造成保持架產生缺陷的根本原因，因此通過改進模具結構來解決存在的問題。

1)將凹模結構由左右分模改為上下分模，提高凹模的圓度和等分精度。

2)增加導向裝置，由標準模座導向，尺寸精度高。

3)壓窩鋼球置入鋼球導架中，避免人工填球，提高鋼球運動導向精度。

改進后模具結構如圖4所示，其工作原理為：將工件放入凹模中，上模向下運動，壓料筒首先將工件壓緊，上半凹模與下半凹模接觸，形成完整的凹模；整體凹模結構隨上模下降，鋼球在心柱斜坡的作用下，沿鋼球導架向四周擴張，壓入凹模內，完成壓球窩工序；上模上升，鋼球在頂桿與環形拉簧的作用下復位，取出工件。

1,8—彈簧；2—下半凹模；3—頂桿；4—鋼球;5—頂桿導架；6—壓料筒 ；7—上半凹模；9—上模座；10—工件；11—鋼球導架；12—心柱；13—環形拉簧；14—導柱；15—限位環；16—下模座

其中，鋼球導架的球孔略大于鋼球直徑，對鋼球起定位作用；在鋼球導架的球孔、頂桿及心柱側面的共同作用下，使鋼球僅能沿頂桿方向運動；工作前，鋼球在頂桿、球孔的作用下壓緊在心柱的錐面上。

4 改進效果

采用新型壓窩裝置進行生產，球窩等分精度與均勻性均大幅提高，成品率從50%提升到95%，生產效率提高了3倍。

采用新結構模具生產的冠形保持架如圖5所示，球窩形貌均勻，左右對稱，各個球窩的底幅高度差與等分性獲得大幅提高，裝入軸承后旋轉性能良好。

圖5 采用改進后模具生產的冠形保持架放大圖