沖壓鋼制筐形保持架成形皺折現(xiàn)象解決方法

王志偉，王玉良，楊建文，黃健，焦世杰

(1. 洛陽(yáng)軸承集團(tuán)保持器有限責(zé)任公司，河南 洛陽(yáng) 471003；2. 洛陽(yáng)軸承研究所有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

隨著裝備市場(chǎng)環(huán)境及整機(jī)性能的不斷變化，需要承載能力強(qiáng)，工況適應(yīng)能力高，高技術(shù)含量，高附加值的軸承為之配套，隨之對(duì)一些寬度大，承載載荷大，作用力角度小的保持架產(chǎn)品的加工也帶來(lái)了困難和挑戰(zhàn)[1-2]。由于保持架成形時(shí)變形量大，沖壓機(jī)往返速度快，鋼板快速塑形變形，保持架成形后容易出現(xiàn)皺折現(xiàn)象；而GB/T 28268—2012《滾動(dòng)軸承 沖壓保持架技術(shù)條件》明確規(guī)定，保持架表面不允許有裂紋、皺折等外觀質(zhì)量問(wèn)題[3]。因此，為解決皺折問(wèn)題對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，從保持架材料、模具及設(shè)計(jì)方法等方面進(jìn)行分析和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)跟蹤[4-5]。

1 保持架材料對(duì)皺折的影響

沖壓保持架對(duì)材料強(qiáng)度、表面狀態(tài)質(zhì)量、化學(xué)成分、金相組織、材料厚度公差等均有較高的要求。詳細(xì)指標(biāo)包括：有較好的塑性，延伸率一般不低于26%；具有良好的耐磨性和強(qiáng)度，極限強(qiáng)度為280～420 MPa；金相組織均勻，晶粒度為5～8級(jí)，無(wú)游離狀態(tài)碳化物集中現(xiàn)象；S，P雜質(zhì)含量在0.045%以下，含碳量為0.05%～0.15%等。

根據(jù)GB/T 28268—2012對(duì)材料的要求，各類(lèi)鋼制沖壓保持架可采用08，08AL，10，DC01，DC04等材料(表1)。但不同材料(主要是含碳量)對(duì)成形皺折有很大影響，長(zhǎng)期實(shí)踐總結(jié)顯示，同一型號(hào)保持架產(chǎn)品在相同模具、壓力機(jī)等條件下，材料含碳量低易皺折，含碳量較高則不易皺折；對(duì)保持架寬度較大或角度較小的產(chǎn)品，宜選用含碳量為0.05%以上的鋼板。

表1 保持架材料化學(xué)成分Tab.1 Chemical composition of cage material w，%

材料表面質(zhì)量對(duì)保持架成形皺折有重要影響，要求鋼板表面不得有裂紋、拉裂、氣泡、折疊、夾雜、結(jié)疤和壓入氧化皮，鋼板不得有分層；鋼板表面一定要平整，不能有表面波浪現(xiàn)象，否則，成形時(shí)保持架的皺折幾乎不可避免。

2 沖壓保持架皺折問(wèn)題改進(jìn)措施

鋼制沖壓保持架由料餅成形,是由外向內(nèi)變形的一個(gè)過(guò)程，內(nèi)部變形量小，外部變形量大，料餅變形過(guò)快是出現(xiàn)保持架端部皺折的主要原因。同一材料及壓力機(jī)下，解決保持架皺折問(wèn)題主要是減慢料餅的變化速度和控制料餅邊緣的變形過(guò)程。因此，從保持架加工模具及設(shè)計(jì)方法入手提出皺折問(wèn)題的解決方法。

2.1 中小型保持架皺折問(wèn)題

中小型保持架通常采用切料成形加工方法，機(jī)床設(shè)備選用400 t以下沖床，配套模具采用彈簧套筒或壓力彈簧結(jié)構(gòu)，由于沖壓機(jī)床特性，料餅彎曲塑形變形較快，對(duì)于寬度較大、接觸角較小及端部為直邊的保持架，料餅變形量較大，容易出現(xiàn)保持架皺折現(xiàn)象。因此，為避免該問(wèn)題的出現(xiàn)，可采用加大模具壓邊力(壓緊力)及減慢料餅邊緣成形過(guò)程的方法。改進(jìn)設(shè)計(jì)中小型保持架成形模具結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過(guò)對(duì)330XX，323XX系列保持架加工跟蹤發(fā)現(xiàn)：采用改變成形凹模的刃口尺寸，調(diào)整成形凹模的刃口寬度及卸料環(huán)料餅定位深度，使料餅高于卸料環(huán)端面，可以增加與料餅的接觸面積；同時(shí)，增加彈簧的壓力，使料餅邊緣的壓邊力增大，料餅成形時(shí)端部處于受力狀態(tài)，料餅邊緣成形過(guò)程相對(duì)減慢，保持架端部皺折現(xiàn)象消除。

1—成形凹模；2—卸料環(huán)；3—頂板；4—彈簧圖1 中小型圓錐滾子軸承保持架切料成形模Fig.1 Cutting forming mold of small and medium size tapered roller bearing cage

2.2 特大型保持架皺折問(wèn)題

特大型沖壓保持架加工由于模具和機(jī)床尺寸較大，通常使用的模具沒(méi)有下料裝置，可采用加大模具成形半徑R及高度放大量，減小料餅?zāi)Σ亮Φ姆椒ǎ苊獗３旨艹尚味瞬堪櫿郜F(xiàn)象。

如特大型圓錐滾子軸承保持架(圖2)通常采用調(diào)整凹模的設(shè)計(jì)尺寸的方法，加大凹模半徑R及高度放大量，R取值為(20～25)s(s為料厚)，高度放大量取為(1/3～1/2)Bc(Bc為保持架公稱(chēng)寬度)；同時(shí)加大凹模的開(kāi)口尺寸，使開(kāi)口尺寸大于料餅的外徑，減小料餅與凹模的摩擦力，保證料餅成形過(guò)程減慢，避免成形時(shí)皺折。

1—凸模接頭；2—凸模；3—卸料環(huán)；4—凹模圖2 特大型圓錐滾子軸承保持架一次成形模Fig.2 Once forming mold of extra large size tapered roller bearing cage

2.3 材料表面不平整及保持架角度問(wèn)題

材料表面存在波浪,材料含碳量較低以及保持架成品角度過(guò)小的一次成形皺折問(wèn)題，通常保持架端部會(huì)出現(xiàn)多處大波浪形狀皺折，造成產(chǎn)品報(bào)廢,模具工作面損傷，問(wèn)題較為嚴(yán)重。

對(duì)此可采用二次成形的方法(圖3)，初成形時(shí)外角放大到18°～25°，R1取為(2～5)s；同時(shí)去掉保持架端部直邊，減小料餅的變化量，可有效避免保持架皺折現(xiàn)象。

圖3 特大型圓錐滾子軸承保持架成形模具Fig.3 Forming mold of extra large size tapered roller bearing cage

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)沖壓筐形保持架皺折現(xiàn)象進(jìn)行分析，從材料、成形模具及模具設(shè)計(jì)方法角度提出改進(jìn)措施，實(shí)踐證明，該措施可有效避免或消除皺折問(wèn)題，從而有利于保證保持架后工序的加工及保持架質(zhì)量。此類(lèi)改進(jìn)方法通過(guò)對(duì)密封罩、不銹鋼防塵蓋等沖壓產(chǎn)品的試制跟蹤證明，可以推廣應(yīng)用于其他沖壓件產(chǎn)品的成形設(shè)計(jì)中。