圓錐滾子軸承外圈冷擠壓外模的改進(jìn)設(shè)計(jì)

徐耀良，葉泳，欒柏松

(浙江四通軸承集團(tuán)有限公司 技術(shù)中心，浙江 衢州 324200)

冷擠壓、熱鍛是中小型圓錐滾子軸承套圈毛坯成形的常用方法[1]。冷擠壓套圈滾道面由于斷面流線與滾道工作面方向一致，在車加工時(shí)材料的纖維方向不被破壞,冷擠壓后組織致密，對(duì)提高套圈壽命有利;而且冷擠壓后產(chǎn)品尺寸統(tǒng)一,可實(shí)現(xiàn)精密化、流水線生產(chǎn)。

1 冷擠壓外模存在的問題

圓錐滾子軸承外圈冷擠壓原理如圖1所示。液壓機(jī)通過凸模擠壓毛坯，通過外模和內(nèi)模的位置限制獲得理想形狀的套圈毛坯；擠壓成形后液壓機(jī)回程，推料桿推動(dòng)退料筒頂出套圈毛坯。

圖1 冷擠壓原理圖

改進(jìn)前套圈冷擠壓外模采用M200×2mm大

螺母鎖緊底筒以固定外模，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，定位精度低，拆裝困難；毛坯進(jìn)入外模沒有導(dǎo)向，存在安全隱患；冷擠壓產(chǎn)品由于擠壓時(shí)外徑脹大，發(fā)熱，脫模困難，易造成退料時(shí)停機(jī)；外模材料或熱處理不當(dāng)，易開裂。

2 改進(jìn)措施

2.1 材料

針對(duì)原外模易磨損、開裂的問題，對(duì)外模進(jìn)行受力分析(圖2)。冷擠壓過程中，外模受軸向壓力為0，外模主要承受套圈擴(kuò)張時(shí)徑向壓力P，在任意半徑r處受壓產(chǎn)生徑向應(yīng)力σt和切向應(yīng)力σr。外模任意r處所受徑向應(yīng)力大于模具材料的單向拉伸屈服強(qiáng)度時(shí)，外模將產(chǎn)生塑性變形，出現(xiàn)開裂。增大外模外徑r2與內(nèi)徑r1的比(外模直徑比a)可增強(qiáng)外模的強(qiáng)度，但當(dāng)外模直徑比a>5時(shí)，不宜再采用增加外模壁厚的辦法來提高外模強(qiáng)度，需要通過改善材料本身的抗拉強(qiáng)度予以解決[2]。

圖2 冷擠壓時(shí)任意r處應(yīng)力分布

外模材料選用GCr15鋼，通過反復(fù)試驗(yàn)，確定高溫淬火(860 ℃±10 ℃，水冷)+低溫回火(170 ℃±10 ℃)的熱處理方案，熱處理后外模表面硬度達(dá)到63～65 HRC，心部仍保持較好的塑性。以L44610套圈冷擠壓為例，連續(xù)擠壓生產(chǎn)3萬件，模具未發(fā)生磨損。

2.2 外模結(jié)構(gòu)

針對(duì)改進(jìn)前冷擠壓外模存在的問題，經(jīng)過試驗(yàn)，改進(jìn)采用整體式外模，結(jié)構(gòu)如圖3所示。采用3個(gè)M16螺桿直接把外模固定在底筒上，通過3個(gè)M12螺桿頂緊固定套防止內(nèi)模軸向竄動(dòng)，改進(jìn)后拆裝方便，定位準(zhǔn)確，調(diào)整簡(jiǎn)潔。

圖3 改進(jìn)后整體式外模

其中，針對(duì)生產(chǎn)過程中毛坯難定位,產(chǎn)品脫模困難、易停機(jī)的問題,在外模的入口處設(shè)計(jì)了7 mm長(zhǎng)的3°喇叭口，以利于毛坯進(jìn)入型腔實(shí)現(xiàn)定位；在擠壓區(qū)設(shè)計(jì)了一個(gè)0.05 mm的小錐度，減輕了冷擠壓后產(chǎn)品脫模的阻力，使退料更順暢，改進(jìn)后沒有再發(fā)生退料時(shí)設(shè)備停機(jī)的問題。

3 改進(jìn)效果

以L44610套圈冷擠壓為例，采用改進(jìn)后外模加工的套圈各項(xiàng)精度指標(biāo)見表1。冷擠壓套圈外徑、滾道、滾道角度差等精度得到很好的保證，尺寸統(tǒng)一性好；套圈寬度尺寸因鋼管毛坯的誤差而差異較大，在后續(xù)車加工時(shí)容易給予糾正。

表1 L44610冷擠壓套圈檢驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)外模熱處理方法和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，解決了模具易磨損、開裂；冷擠壓模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重；毛坯擠壓時(shí)缺少導(dǎo)向，定位精度低；脫模時(shí)易停機(jī)，調(diào)整復(fù)雜等難題。對(duì)于中小型軸承內(nèi)、外圈冷擠壓的生產(chǎn)具有較好的借鑒意義。