推力調心滾子軸承沖壓保持架加工技術分析

王志偉，楊建文，王玉良，焦世杰，蔚建

(1.洛陽軸承集團保持器有限責任公司，河南 洛陽 471039；2.洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039)

推力調心滾子軸承為可分離型軸承，其載荷作用線與軸承軸線形成一定角度，軸向承載能力強，在承受軸向載荷的同時還可承受一定的徑向載荷，但徑向載荷不得超過軸向載荷的55%。該類軸承球面滾子傾斜排列，外圈滾道面呈球面，具有調心功能，對同軸度和軸的撓曲不敏感。因此，可允許軸有一定傾斜，能夠在極大的載荷工況下使用，允許轉速較高。該類軸承主要應用于石油鉆機、制鐵制鋼機械、水力發電機、立式電動機、船舶用螺旋槳軸、塔吊、擠壓機、壓注機、船用柴油機、減速機等。

隨著軸承行業及市場環境的不斷變化，推力調心滾子軸承由于承載能力強和工況適應能力強等特點，市場份額不斷增加。并且隨著市場銅價的攀升，鋼保持架替代銅保持架已成趨勢，大大降低了產品的成本。因此，進行推力調心滾子軸承保持架技術研究十分必要。

1 保持架結構及特點

推力調心滾子軸承保持架結構(圖1)復雜，具有恒定的傾斜角度，靜態角度不對中，產品角度大(45°左右)，內圈無擋邊，采用保持架上端2～4個鎖點鎖住內圈。保持架兜孔加工技術含量高，兜孔形狀具有球面調心和圓錐滾子保持架的綜合特征，兜孔小端面為弧面，大端面為錐面，兜孔上端面是一個圓弧面，兩頭高，中間低。兜孔底高尺寸較小，幾乎只有1個料厚。保持架主要外形尺寸有：料厚S、外徑Dc、小端外徑Dc1、球面半徑SR和寬度Bc。保持架影響軸承裝配的主要參數有：內徑dc1、底徑dc3、兜孔長度Lc、鎖點的深度和高度，以及相關的形位公差，如底徑對外徑的位置變動量VHc1、兜孔底高變動量Vhc、梁寬變動量Vbc等。

圖1 保持架結構

2 工藝設計要點

2.1 成形

成形工序主要確定保持架的外形尺寸并為后工序加工打下基礎，由于鋼板材料的彎曲塑性變形及材料金屬流動，保持架大端面增厚(單邊比原材料厚5%～10%)，保持架的偏心不對稱弧面等因素，需采用全新的理念和方法設計模具(圖2)。

圖2 成形模

設計要點如下：

1)凹模采用漸變式設計，根據材料變厚量適當放大SR取值，保證凸、凹模的間隙及模具強度，從而保證產品滿足工藝要求。

2)由于產品高度尺寸較大，為避免出現成形皺褶，合理放大成形模具的入口R值，R=(20～25)S，同時增大成形凹模高度，使成形過程的變形相對緩慢，避免保持架大端面皺褶。

3)保持架底部要平整，為此卸料環設計成環帶，以減小整形力。

2.2 沖裝置孔

沖裝置孔工序作用是保證后工序加工定位，并保證沖孔時定位軸的強度及定位基準的適應性，該工序設計采用產品內定位方式，以產品內徑尺寸為基準確定定位圈的尺寸，以保證裝置孔對產品外徑的變動量。生產制造時需考慮機床的閉合高度和機床的大小，保證模具可放入機床裝模區域并完成加工，沖裝置孔模如圖3所示。

圖3 沖裝置孔模

2.3 沖兜孔

沖兜孔工序主要決定保持架兜孔形狀，合理的兜孔長度確保壓坡后兜孔符合產品技術要求。由于該類產品接觸角約45°，需設計仰角較大的沖孔機，模具結構如圖4所示。

圖4 沖兜孔模

設計要點如下：

1)沖孔機支架高度要滿足產品尺寸要求。

2)采用裝置孔定位以保證產品的梁寬變動量。

3)控制定位板表面平行度小于0.03 mm，以保證產品的兜孔底高變動量。

4)兜孔作為引導滾子的關鍵，由于壓坡后兜孔長度會變大，長度尺寸要適當的減短，凸模長度=Lc-壓坡伸長量。

5)保持架兜孔底高尺寸較小，設計時凸模采用立式垂直安裝。生產制造時兜孔底高及底高變動量為關鍵控制尺寸，測量時以保持架底部平面作為測量基準，并應確保產品加工的一致性和穩定性。

2.4 壓坡

壓坡工序主要決定保持架兜孔尺寸及軸承回轉。由于該類保持架兜孔結構特殊，滾子形狀復雜，壓坡面的情況直接決定軸承的回轉是否滿足設計要求，故壓坡工序為保持架技術控制的關鍵工序，壓坡模結構如圖5所示。

圖5 壓坡模

設計重點：

1)凹模長度取值不應取保持架兜孔設計長度Lc的最大值，否則生產制造時梁寬易出現壓坡后臺階，應考慮壓坡伸長量因素，凹模長度=Lc-壓坡伸長量。

2)凹模寬度方向開口尺寸必須精確設計，既要保證產品梁寬可放入壓坡凹模，還要避免出現材料堆積形成“翅膀”的現象；同時要保證產品壓坡后坡面與滾子貼合，符合該類軸承滾子的回轉要求。

3)凹模深度要超過料厚2 mm左右，因為該類保持架通常壓坡深度都較深，為保證凹模深度可使用電火花或數控銑加工。

4)生產過程中，壓坡輕重控制以壓坡內、外接圓為依據，確定梁寬的壓坡深度，并進行裝套檢查軸承回轉靈活性。

5)要用樣板檢測外形進行壓坡控制，確保外形SR沒有改變，這一點對控制壓坡面很重要。

2.5 壓鎖點

壓鎖點工序決定保持架鎖緊內圈的關鍵尺寸，既要保證鎖緊內圈不脫離，又要保證鎖點與內圈在軸向有一定間隙，內圈不鎖死，回轉靈活。壓鎖點模具結構如圖6所示。

圖6 壓鎖點模

設計要點：

1)以大端面及大端內徑面為定位面，確保軸向和徑向尺寸滿足設計要求。

2)確定壓鎖點凸、凹模模具的間隙時要保證加工后無毛刺，又要保證鎖點下表面為平面，鎖點與內圈接觸面為平面，生產加工時間隙要根據材質等進行微調。

3)壓鎖點時模具水平單向受力較大，凸、凹模會水平移動，應設計銷釘加導柱控制。生產制造時，高度、深度值以產品技術要求為準，并保證內圈不能脫離保持架。

3 結束語

采用以下工藝流程對29XXXE等幾個型號的保持架進行試制加工：剪料→沖中心孔→剪多邊形→車料徑→成形→沖裝置孔→沖兜孔→車邊、車底→整形→壓坡→車邊→壓鎖點→表面處理→包裝。實際生產表明：模具結構設計合理，產品質量管控好，產品各項技術要求滿足甚至高于技術標準(表1)，售后跟蹤某公司軸承使用情況，各項性能穩定，使用良好。

表1 產品尺寸檢測數據