特大型圓錐滾子軸承外圈仿形鍛造工裝設計

文／陳蘭，王魁，徐建強，趙強·洛陽洛軸精鍛重工有限公司

本文通過特大型圓錐滾子軸承外圈仿形鍛造工裝的設計，實施特大型圓錐滾子軸承外圈（φ1500 ～φ3000mm）仿形鍛造，仿形鍛造改善了鍛件的流線走向，提高了軸承滾道的抗疲勞剝落性能，在同等條件下可有效延長軸承的使用壽命，而且可減少車加工余量，提高材料利用率，降低生產成本。

近年來，軸承行業競爭激烈，降低生產成本，提高產品質量勢在必行。材料成本作為軸承成本的重要一環，其利用率直接影響軸承成本，因此，提高材料利用率是降低生產成本的一項重要措施。鍛件的仿形輾擴工藝，使其外形更接近成品，與傳統的直筒鍛造工藝相比，在降低原材料消耗及提高軸承壽命方面具有不可比擬的優勢，是軸承鍛造業發展的方向和趨勢。實施仿形輾擴不僅可以大幅降低材料消耗，降低生產成本，而且保證了金屬流線的完整性，提高鍛件質量，繼而提高產品競爭力。

目前，中小型鍛件的仿形輾擴工藝已經比較成熟，得到了廣泛的推廣應用，在生產實踐中也積累了豐富的設計及制造經驗。然而，特大型圓錐滾子軸承鍛件通常在臥式輾環機上采用直芯輥鍛造工藝，軸承鍛件外形見圖1，金屬流線見圖2，直輥見圖3，此類型鍛件外形大，仿形鍛造加工難度大，一直未實現仿形鍛造，導致材料利用率低，車加工余量大，生產成本居高不下。

圖1 特大型圓錐滾子軸承外圈形狀

圖2 直筒鍛件及金屬流線分布

圖3 直芯輥

仿形輥套的設計及加工情況

本文要解決的技術問題是克服現有的困難，設計特大型圓錐滾子軸承外圈仿形鍛造工裝，就是在原來的直芯輥上套裝仿形輥套(圖4)，其兩個輾壓錐面一次能夠鍛造出合鍛的兩個特大型圓錐滾子軸承外圈(圖5)，既能提升鍛造效率，又因環鍛件上下結構對稱，解決了制坯時金屬分料不均勻，輾擴時金屬流動方向難以控制等難題，降低了仿形輾擴加工難度。此工藝可以減少車加工余量，并且保證了金屬流線的完整性(圖6)，提高了鍛件質量，有效解決了背景技術中的問題，軸承外圈合鍛件仿形輾擴示意見圖7。

圖5 特大型圓錐滾子軸承外圈

圖6 仿形合鍛外圈形狀及金屬流線分布

圖7 軸承外圈合鍛件仿形輾擴示意圖

特大型圓錐滾子軸承外圈仿形鍛造的仿形輥套，其軸線方向設有安裝孔，輥套的外壁具有兩個對稱設置的輾壓錐面，輾壓錐面為圓錐面并與安裝孔同軸線，兩個輾壓錐面的大徑部相連，兩個輾壓錐面的小徑部對應靠近輥套的兩端開口。該輥套中間還設有連接部，連接部為圓形肩臺，兩個輾壓錐面的大徑部均與連接部平齊并相連。輥套套接于臥式輾環機的芯輥上，輥套的兩個輾壓錐面對應待加工外圈毛坯內徑。

應用效果

據我公司6 個月不完全統計，共生產9 個型號，鍛件原材料消耗對比見表1。

表1 仿形輾擴鍛件與直筒形鍛件對比分析表

經濟效益和社會效益

使用該類型仿形鍛造工裝，全年實際節約原材料(G20Cr2Ni4A)197.15 噸。如果按平均價2 萬元/噸計算，則該部分原材料節約價值約197.15×2=394.3萬元。其中原材料下料費用、加熱費用、退火費用、車加工費用及各工序間移動費用均未計算在內，仿形鍛件與原直筒鍛件相比材料利用率提高了9.29%～15.75%，節材效果顯著，同時大大降低了鍛造、車削等工序大量的人力及物力消耗，其產生的經濟效益非常可觀。

原直筒鍛件在車加工后，套圈滾道處金屬流線大部分被切斷，而仿形輾擴的鍛件，由于形狀與成品接近，其滾道處的金屬流線在車加工時大部分被保留，與滾道面基本平行，這就大大提高了軸承工作面的抗疲勞剝落性能，在同等條件下可有效延長軸承的使用壽命。

結束語

本文主要研究的是特大型圓錐滾子軸承外圈仿形鍛造工裝的設計及推廣應用，特大型軸承外圈仿形鍛造工裝的應用，大大降低了材料消耗，可提高材料利用率9.29%～15.75%，有效降低生產成本。同時，由于仿形部位是軸承套圈的滾道，使套圈滾道的金屬流線分布更加合理，大大提高了軸承滾道的抗疲勞剝落能力，從而提高軸承的使用壽命，提高企業的市場競爭力，經濟與社會效益明顯，具有很高的推廣價值。