付海軍

(秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 秦皇島 066100)

套圈是滾動軸承的重要零件，其質(zhì)量一般約占總質(zhì)量的60%～70%。軸承套圈毛坯有鍛件、冷擠件、溫?cái)D件、管料和棒料車削件等，其中鍛件占套圈毛坯總數(shù)的 85%左右[1]。因此，套圈鍛件毛坯質(zhì)量的好壞、生產(chǎn)率的高低，將對軸承產(chǎn)品的質(zhì)量、性能及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生重要的影響。使用高速熱鐓機(jī)自動線生產(chǎn)軸承套圈鍛造毛坯，不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制，延長模具使用壽命，提高生產(chǎn)效率，而且軸承套圈鍛件的表面質(zhì)量好，加工留量小，精度高，是目前中小型軸承套圈鍛件生產(chǎn)中最主要的方式。

1 高速熱鐓機(jī)塔鍛擠壓成形工藝

1.1 HBP-160型高速熱鐓機(jī)

HBP-160型高速熱鐓機(jī)自動線由機(jī)械化的棒料架感應(yīng)加熱裝置、多工位熱模鍛自動機(jī)和料芯、套圈毛坯運(yùn)出裝置組成。此自動線可鍛造塔形鍛件，鍛件用連接筋將兩個(gè)不同直徑尺寸、相切的環(huán)形毛坯連成一體，在最后一個(gè)工位上將塔形鍛件分離成兩個(gè)單獨(dú)套圈,并切掉中心部分料芯。自動線上每分種可加工50～70對鍛件，生產(chǎn)效率比人工操作的壓力機(jī)高，其工藝特點(diǎn)為：

(1)采取了感應(yīng)加熱,棒料精密剪切，料芯底部重量差的補(bǔ)償和閉式無飛邊鍛造等技術(shù)措施，提高了鍛件的尺寸精度。

(2)水平鐓粗，氧化皮容易去除，在鍛造過程中基本無氧化皮，鍛件表面質(zhì)量高。

(3)高速熱鐓機(jī)塔鍛大變形的軸向復(fù)合擠壓可將棒料中心部位組織疏松區(qū)的顯微孔隙初步鍛合，可消除金屬材料的內(nèi)在缺陷，改善金屬內(nèi)部組織。若再經(jīng)過擴(kuò)孔機(jī)輾擴(kuò)成形，獲得與產(chǎn)品形狀相近的毛坯，則可更進(jìn)一步提高套圈鍛件質(zhì)量，提高金屬材料利用率，減少機(jī)械加工余量，降低成本[2]。

(4)HBP-160高速熱鐓機(jī)的高速度使熱坯料與模具接觸時(shí)間大大縮短，加上良好的冷卻條件，準(zhǔn)確的坯料質(zhì)量，極大地延長了模具使用壽命。

但是，高速熱鐓機(jī)塔鍛復(fù)合擠壓成形要求塔鍛大圈內(nèi)徑和小圈外徑的尺寸必須匹配，這就限制了該工藝的應(yīng)用。例如，角接觸球軸承7208E可以在熱鐓機(jī)上塔鍛一次同時(shí)生產(chǎn)出內(nèi)、外圈成品鍛件，便于生產(chǎn)計(jì)劃的安排；而對于同一型號的向心球軸承，因其外圈鍛件內(nèi)徑尺寸比內(nèi)圈鍛件外徑尺寸大，則只能采用不同型號的向心球軸承內(nèi)、外圈選配塔鍛。若大圈用于加工307K軸承的外圈，而小圈則用于加工309K軸承內(nèi)圈；大圈為6206外圈則小圈選LM67048內(nèi)圈進(jìn)行塔鍛。而實(shí)際中6206的需求量大，LM67048的訂貨批量小，搭配、生產(chǎn)組織困難。為了解決這一問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了高速熱鐓機(jī)塔鍛6206內(nèi)圈成品鍛件、外圈預(yù)成形+擴(kuò)孔機(jī)擴(kuò)孔+壓力機(jī)整徑的新工藝，配套生產(chǎn)出6206內(nèi)、外圈鍛件毛坯。

1.2 6206外圈熱鐓機(jī)預(yù)成形-擴(kuò)孔-整徑工藝

此工藝加工的6206 外圈，輾壓比d′/d=48.4/43.4=1.1<1.2，輾壓比較小。為了進(jìn)一步提高鍛件的尺寸精度，為后工序自動化生產(chǎn)創(chuàng)造條件，在輾擴(kuò)之后安排了整形工序[2]。將天然氣箱式加熱爐、擴(kuò)孔機(jī)、壓力機(jī)組成生產(chǎn)線進(jìn)行流水作業(yè)，毛坯在設(shè)備之間由傳送帶傳送。其工藝過程如表1所示。

表1 高速熱鐓機(jī)塔鍛-擴(kuò)孔機(jī)擴(kuò)孔-壓力機(jī)整徑工藝過程

2 主要變形工藝參數(shù)的確定及工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 6206套圈塔鍛主要參數(shù)

2.1.1 鍛件的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量

6206內(nèi)圈鍛件為擠壓件，擠壓成形鍛件的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量計(jì)算式為：

(1)

式中：Q2d為內(nèi)圈鍛件標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量，kg；D2p為內(nèi)圈鍛件外徑平均值；d2p為內(nèi)圈鍛件內(nèi)徑平均值；h2p為內(nèi)圈鍛件寬度平均值。

將D2p=43.4 ，d2p=27.6，h2p=19.8代入(1)式得：

Q2d=0.1362 kg。

6206外圈鍛件為擠擴(kuò)件，擠擴(kuò)成形鍛件的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量計(jì)算式為：

(2)

式中：Q1d為外圈鍛件標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量，kg；D1max為外圈鍛件外徑最大值；d1max為外圈鍛件內(nèi)徑最大值；h1p為外圈鍛件寬度平均值。

將D1max=65.1，d1max=48.8，h1p=19.8代入(2)式得：

Q1d=0.225 5 kg。

2.1.2 料心質(zhì)量

塔形鍛件料心質(zhì)量計(jì)算式為：

(3)

式中：Qc為塔形鍛件料心質(zhì)量，kg；dc為塔形鍛件小圈內(nèi)徑；hc為塔形鍛件連接筋厚度。

將dc=28，hc=7代入(3)式得：

Qc=0.033 7。

2.1.3 火損質(zhì)量

6206外圈鍛件擴(kuò)孔整徑天然氣加熱火損質(zhì)量為：

Q2s=0.015Q1d

(4)

塔形鍛件電加熱火損質(zhì)量為：

Q1s=0.01(Q1d+Q2d+Qc)

(5)

則總火損質(zhì)量為：

文章的主體部分，除了寫得要“飽滿”“充實(shí)”之外，還要寫得有層次感，要能夠讓讀者讀了感到“一目了然”。如何把文章的主體寫得有層次感，其方法、技巧也是多種多樣的，這里不再贅述。

Qs=Q2s+Q1s

=0.015Q1d+0.01(Q1d+Q2d+Qc)

=0.007 3

(6)

2.1.4 下料質(zhì)量

熱鐓機(jī)塔鍛6206內(nèi)圈成品鍛件、外圈鍛件擴(kuò)孔毛坯的下料質(zhì)量為:

Qx=Q1d+Q2d+Qc+Qs=0.402 7

(7)

2.2 6206外圈擴(kuò)孔尺寸

6206外圈壓力機(jī)整徑后成品鍛件尺寸如表1所示，外徑整徑變形量取1.0 mm,則HBK-160A擴(kuò)孔機(jī)擴(kuò)孔下，根據(jù)體積不變原理，得：

(65.32-d2)=(65.12-48.82)，

取擴(kuò)孔件外徑公差為1.0，寬度公差為1.5，得到擴(kuò)孔件尺寸(表1)。HBK-160A擴(kuò)孔機(jī)擴(kuò)孔輾壓比為：49.1/43.4=1.13。

2.3 高速熱鐓機(jī)塔擠成形工藝參數(shù)

6206內(nèi)圈成品鍛件尺寸已知，因?yàn)榇笕π《藘?nèi)徑等于小圈外徑，即:d1=D2=43.4。根據(jù)體積不變原理，得塔鍛大圈的外徑為：

則，D1=61.4。

取塔鍛鍛件大圈直徑公差為1.2，寬度公差為1.5，確定出6206外圈鍛件預(yù)成形件的尺寸[3-4]。

各工序工藝尺寸參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 各工序主要工藝參數(shù)

3 HBK-160A擴(kuò)孔機(jī)輾壓軸承圈模具

HBK-160A擴(kuò)孔機(jī)擴(kuò)孔是在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)、互相接近的輾壓輥之間靠壓縮毛坯完成的。輾壓軸承套圈模具的主要工作零件為輾壓輪(圖1)和輾壓輥(圖2)。通過輾壓輪與輾壓輥的開式熱輾擴(kuò),使毛坯在變形過程中徑向尺寸不斷增大,最終成形。擴(kuò)孔過程中，人工上、下料，當(dāng)輾擴(kuò)的毛坯外徑達(dá)到規(guī)定的尺寸后, 與輾壓輥一起旋轉(zhuǎn)的輾擴(kuò)毛坯靠外徑摩擦限位輥使限位輥開始旋轉(zhuǎn)，松開壓下的輾壓輪，輾擴(kuò)過程終止。

圖1 輾壓輪

輾壓擴(kuò)孔消除了高速熱鐓機(jī)塔形鍛件分套時(shí)6206 外圈原始毛坯內(nèi)孔表面的切痕環(huán)帶, 減小了輾擴(kuò)毛坯內(nèi)、外表面的加工余量和公差，同時(shí)使金屬組織更加緊密，因而顯著提高了鍛件質(zhì)量和軸承套圈的使用壽命。輾壓輪材料選用5CrMnMo，熱處理硬度為45～50 HRC，輾壓輥材料選用3Cr2W8V，熱處理硬度為43～48 HRC。

4 JA31-160壓力機(jī)整徑模具設(shè)計(jì)

4.1 模具結(jié)構(gòu)

6206外圈整徑模模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。模具為對角導(dǎo)柱式整徑模，所用設(shè)備為JA31-160A壓力機(jī)，壓力機(jī)最大裝模高度為375 mm，壓力機(jī)工作行程為160 mm[5]。整徑凸模和成形模為主要工作部件，成形模壓蓋為定位部件。

1―凸模緊固螺釘；2―上墊板；3―上沖接座；4―上模座；5―上模固定板;6―整徑凸模；7―成形模壓蓋；8―成形模；9―成形模模座；10―下模座墊板圖3 整徑模模具結(jié)構(gòu)

4.2 工作過程

模具主要工作過程為：上料定位→整形→出件。整形毛坯由傳送帶從側(cè)面輸送到JA31-160A壓力機(jī)工作臺，人工用長手鉗夾持6206 外圈，沿成形模壓蓋上的送料導(dǎo)向口上料，再由成形模壓蓋上的半圓弧限位臺定位；壓力機(jī)滑塊下行，導(dǎo)柱首先進(jìn)入導(dǎo)套，整徑凸模壓向置于成形模上端口的整形毛坯，并向下移動，整形毛坯外徑逐漸減小，工作行程結(jié)束，壓力機(jī)回程，滑塊帶動整徑凸模上行，整形后的成品鍛件卡在成形模內(nèi)；壓力機(jī)滑塊進(jìn)行下一個(gè)工作行程，整徑凸模壓著成形模上端口下行，新的整形毛坯將留存在成形模內(nèi)的工件推出。

4.3 模具特點(diǎn)

(1)整徑模上、下模的正確位置是利用導(dǎo)柱和導(dǎo)套的導(dǎo)向來保證的，導(dǎo)柱和導(dǎo)套采用H7/h6小間隙配合。整徑凸模接觸工件之前，導(dǎo)柱已經(jīng)進(jìn)入導(dǎo)套，從而保證了在加工過程中整徑凸模和成形模之間間隙的均勻性。

(2)采用成形模壓蓋上的半圓弧限位臺對毛坯進(jìn)行定位。

(3)整徑后的成品鍛件采用剛性卸料、下出料方式出件，成形模內(nèi)同時(shí)留存2個(gè)工件。整徑后的成品鍛件由整徑凸模逐次從成形模?？字型葡?，經(jīng)成形模模座上的Φ70漏料孔向下通過壓力機(jī)下模座墊板孔和工作臺孔排出，鍛件靠自重沿槽形滑道流到鍛件箱內(nèi)。

4.4 主要工作零件設(shè)計(jì)

4.4.1 整徑成形模

整徑成形模結(jié)構(gòu)如圖4所示，其主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：

圖4 整徑成形模

(1)整徑后的成品鍛件，外徑尺寸由凹模工作部分直徑尺寸決定。故設(shè)計(jì)整徑模時(shí)，以成形凹模為基準(zhǔn)，間隙取在整徑凸模上。

(3)成形模端口設(shè)有8°引導(dǎo)角。

(4)成形模材料選用3Cr2W8V，表面離子氮化，硬度為47～51 HRC。

4.4.2 整徑凸模

圖5 整徑凸模

4.4.3 成形模壓蓋

成形模壓蓋結(jié)構(gòu)如圖6所示。壓蓋設(shè)有5 mm高的定位臺，定位臺上開有送料導(dǎo)向口，最大尺寸為70 mm；整徑毛坯靠180°的Φ65.5弧定位；成形模壓蓋側(cè)面的2個(gè)M16螺孔用于固定冷卻水管；用2個(gè)M16×100螺栓穿過成形模壓蓋正面2個(gè)Φ17通孔將成形模與壓力機(jī)下模座墊板連接緊固[6]。

圖6 成型模壓蓋

5 結(jié)束語

在高速熱鐓機(jī)上塔擠6206內(nèi)圈成品鍛件，同時(shí)預(yù)成形6206外圈鍛件工序件，再用擴(kuò)孔機(jī)擴(kuò)孔-壓力機(jī)整形的方法生產(chǎn)6206外圈成品鍛件的工藝設(shè)計(jì)，解決了高速熱鐓機(jī)塔鍛復(fù)合擠壓成形大圈內(nèi)徑和小圈外徑的尺寸必須匹配的難題。這一工藝不僅可以應(yīng)用到其他型號軸承套圈鍛件毛坯的生產(chǎn)，而且可以擴(kuò)展到熱鐓機(jī)料頭餅和料心餅的利用上。另外，通過擴(kuò)孔、精整這一工藝方法使鍛件質(zhì)量、產(chǎn)品的精度和生產(chǎn)率得到了提高，同時(shí)降低了機(jī)械加工成本，大幅度減少了原材料的消耗，提高了軸承套圈材料利用率。