羅強(qiáng)，王玉杰，王戰(zhàn)冶

套鍛工藝為一個(gè)料段經(jīng)套切后輾擴(kuò)成兩個(gè)套圈，只產(chǎn)生一個(gè)連皮料芯，將提高材料利用率，降低制造成本。另外，其可以是同一型號的內(nèi)外圈成套鍛造，有利于生產(chǎn)組織與管理，也可以是不同型號的兩件套圈進(jìn)行套鍛，工藝靈活多變，且適合大批量生產(chǎn)。

1.方案制訂

工藝路線如圖1所示。本工藝方案具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

（1）采用中頻感應(yīng)電爐代替原煤氣加熱爐加熱材料，加熱速度快、氧化燒損少（燒損率約0.5%，為煤氣爐的1/4），加熱質(zhì)量好（料段溫度均勻性好），熱效率高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大幅降低，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，為加熱有效控制提供了條件。另外長期困擾作業(yè)環(huán)境的油煙、粉塵及高溫頑癥將得到根本治理，CO2廢氣將不再排放，鼓風(fēng)機(jī)噪聲污染也不復(fù)存在，將取得經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的雙豐收。

（2）套鍛工藝為一個(gè)料段經(jīng)套切后輾擴(kuò)成兩個(gè)套圈，只產(chǎn)生一個(gè)連皮料芯，將提高材料利用率，降低制造成本。另外它可以是同一型號的內(nèi)外圈成套鍛造，有利于生產(chǎn)組織與管理，也可以是不同型號的兩件套圈進(jìn)行套鍛，工藝靈活多變，且適合大批量生產(chǎn)。

（3）本工藝方案生產(chǎn)的兩個(gè)套圈均采用整徑，消除了橢圓和錐度，可達(dá)到統(tǒng)一尺寸和提高幾何精度的目的。為進(jìn)一步壓縮留量與公差提供了可能性。

2.具體實(shí)施過程及技術(shù)難點(diǎn)分析

以某圓錐滾子軸承內(nèi)外套圈的套鍛工藝為例。

（1）按照工藝路線確定合理工藝及加工方法，確定圓錐滾子軸承內(nèi)外圈套鍛的工藝及加工方法，如圖2所示。

（2）按照工藝方案設(shè)計(jì)內(nèi)外套圈鍛件圖，并確定下料重量。根據(jù)該套鍛生產(chǎn)線上中頻電感應(yīng)爐、壓力機(jī)、擴(kuò)孔機(jī)、整經(jīng)機(jī)的加工能力及性能、精度等因素，確定內(nèi)外套圈鍛件的留量、公差，按照內(nèi)外套圈滾道成形輾擴(kuò)的方案繪制出鍛件圖，如圖3所示。

圖1

圖2 套鍛工藝路線及加工簡圖

下料重量計(jì)算方法

下列各式中所出現(xiàn)的A=6.1654×10-6。

外圈鍛件重量

內(nèi)圈鍛件重量

根據(jù)內(nèi)套鍛件內(nèi)徑尺寸d3、高度尺寸B2，選取一定輾擴(kuò)比，確定內(nèi)套反擠時(shí)沖頭直徑D5。連皮料芯重量W3=8D52A

選取中頻感應(yīng)加熱氧化火耗系數(shù)為0.5%～1.0%。

計(jì)算出下料重量

W4=(1+0.5%)(W1+W2+W3)

按照料鍛長徑比1.5的原則，選取合適棒料直徑，最終確定棒料直徑及下料長度，然后按照下料重量及棒料直徑，選擇合適下料設(shè)備（選用S-QA42-500B型精密棒料剪切機(jī)）。

（3）料段加熱工序 中頻感應(yīng)電加熱的原理是利用金屬“趨膚”效應(yīng)，在感應(yīng)器內(nèi)通入交變電流產(chǎn)生交變磁場，在其作用下金屬坯料內(nèi)部便產(chǎn)生了交變渦流，由渦流發(fā)熱和磁化發(fā)熱便直接將金屬坯料加熱，從而避免金屬坯料加熱溫度不均的問題。其加熱速度快、氧化燒損少，加熱質(zhì)量好且非常穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，為加熱溫度的有效控制創(chuàng)造了條件。

中頻感應(yīng)加熱爐改造的關(guān)鍵點(diǎn)是增加紅外線加熱溫度控制裝置，以控制坯料鍛造溫度，解決重油加熱爐加熱溫度不均的問題。其控制原理為：在出料口設(shè)置一個(gè)感溫探頭，接收溫度信號，通過傳感器將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號，再將鍛造溫度時(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地反映在溫度數(shù)顯儀上，實(shí)現(xiàn)加熱溫度的連續(xù)控制。

（4）分套工序 分套是整個(gè)套鍛成敗的關(guān)鍵工序，其作用是把內(nèi)套坯料從外套坯料中分離出來，既要保證內(nèi)外套及內(nèi)圈連皮料芯重量分配合理，又要使分開外套環(huán)坯及大料芯的尺寸滿足進(jìn)一步加工的要求，如圖4所示。

圖3各種尺寸的選?。孩俑鶕?jù)外套鍛件高度B1，確定外套環(huán)坯高度H1=B1+（5～10）mm。②因?yàn)锳d52H1=W2+W3，可確定分套沖頭直徑d5。③根據(jù)體積不變定律，外套環(huán)坯下端面截面積應(yīng)與鍛件小端截面積相等。所以分套支持凹模下端內(nèi)徑尺寸d4=④分套支持凹模內(nèi)表面角度α2應(yīng)與外圈內(nèi)錐角度α1大致相等。⑤在生產(chǎn)過程中曾出現(xiàn)分套后外套環(huán)坯下端面及內(nèi)套坯料上端面毛刺現(xiàn)象，在后序的輾擴(kuò)過程中會(huì)造成端面折疊，嚴(yán)重者造成產(chǎn)品報(bào)廢。

經(jīng)反復(fù)觀察試驗(yàn)、調(diào)試，發(fā)現(xiàn)以下3個(gè)因素影響分套毛刺的產(chǎn)生：發(fā)現(xiàn)溫度高時(shí)出現(xiàn)分套毛刺現(xiàn)象，因此我們嚴(yán)格控制分套時(shí)的溫度在1050℃左右，并保持穩(wěn)定；分套沖頭與分套穿孔凹模間隙。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，最終確定d6-d5=（2～2.5）mm；機(jī)床導(dǎo)軌與滑塊間隙。間隙大時(shí)會(huì)因?yàn)槠d而啃傷沖頭與凹模，造成分套毛刺，因此應(yīng)保持機(jī)床導(dǎo)軌與滑塊之間較小的間隙量。

（5）分套工序 分套后形成的外圈環(huán)坯是一個(gè)外錐內(nèi)直坯料，與外圈鍛件形狀差異太大，不能直接在擴(kuò)孔機(jī)上輾擴(kuò)。于是我們設(shè)計(jì)了一種脹孔沖頭，將內(nèi)徑脹為錐形，外徑脹為近似直筒形，與外圈形狀接近，以利于輾擴(kuò)成形（見圖5）。

圖3

圖4 分套簡圖

圖5

圖5中左圖為最初脹孔工序，右圖為改進(jìn)后脹孔工序。其中兩圖主要區(qū)別在于脹孔下沖頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從左圖中我們可以看到脹孔沖頭是一個(gè)整體，有效工作面占到整個(gè)體積不到1/5，也就是說，工人在換型號或在調(diào)整毛坯尺寸過程中要做4/5無用功，我們大概計(jì)算出此脹孔沖頭最輕也有20kg，這就增加了拆卸與安裝的工作量，為調(diào)整工作造成了很大不便。再加上這種沖頭是專門針對具體7類軸承外套所設(shè)計(jì)，所以就無法有效再利用，這就造成了模具大量浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)成本。于是將脹孔沖頭設(shè)計(jì)為組合式。如右圖中所看到的脹孔下沖頭與脹孔下沖頭座。這一改進(jìn)使脹孔沖頭有效工作面積提高到50%以上，重量由原來20kg減輕到9kg，且拆卸方便，只需松開緊定螺釘，并用裝卸螺釘旋入裝卸螺孔內(nèi)，就可輕松將脹孔沖頭取出。這樣，模具調(diào)整變得方便，且大幅降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了模具費(fèi)用開支。

（6）內(nèi)套坯料成形工序 圓錐滾子軸承內(nèi)套圈成形輾擴(kuò)鍛造一直是本行業(yè)技術(shù)難點(diǎn)之一。特別是坯料成形方法，既要保證套圈軸向材料的分布合理性，又要考慮成形時(shí)設(shè)備的受力情況，巧妙地讓金屬沿最小阻力方向流動(dòng)。原小型圓錐內(nèi)套鍛件的全封閉正擠壓成形工藝方法，由于設(shè)備受力不合理不能采用，反擠壓工藝又達(dá)不到材料分布的要求。于是我們通過考察與試驗(yàn)創(chuàng)新了一種新的半封閉反擠壓成形制坯工藝，如圖6所示。

由鍛造前后體積不變定律可知，坯料小端面截面積應(yīng)與內(nèi)套鍛件小端面截面積相等，所以可以計(jì)算出成形凹模內(nèi)徑尺寸即毛坯小端面外徑D6=由于分套后內(nèi)圈重量與連皮料芯重量是一定的，如圖6所示，擠壓成形時(shí)內(nèi)圈大擋邊以下金屬材料在成形凹模內(nèi)部成形，重量由D5、D6尺寸保證，擋邊部分金屬材料由卸料板控制高度，外徑開放，重量由分套時(shí)坯料控制，這就是半封閉反擠壓成形工藝的特點(diǎn)所在，既保證了擠壓后毛坯形狀，又能夠合理地沿軸向?qū)Σ牧线M(jìn)行分布，同時(shí)保證了設(shè)備受力的合理性。成形完成后對坯料進(jìn)行穿底平高，然后就可以在擴(kuò)孔機(jī)上輾擴(kuò)成形。

（7）擴(kuò)孔機(jī)上輾擴(kuò)成形 圓錐形內(nèi)外套圈在D51—250擴(kuò)孔機(jī)上成形輾擴(kuò)，在鍛造廠是一種成熟工藝，關(guān)鍵是掌握好成品鍛件的尺寸及幾何公差，給下一步的整徑預(yù)留合理的整徑量。

（8）整徑工序 為了提高車工的加工效率、降低加工難度，決定對外套進(jìn)行整外徑；內(nèi)套整內(nèi)徑，并規(guī)定內(nèi)外套圈保持0.5～1.5mm之間的整徑量。避免因整徑量小而造成的尺寸幾何公差不合格和整徑量大而造成的整徑面拉傷等缺陷。

3.經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益分析

從附表中可以看出，2013年1月—2013年10月套段生產(chǎn)的30222等3個(gè)型號、約31.5萬套，與原工藝相比實(shí)際節(jié)約原材料（GCr15）91.4t。由此可見，套鍛工藝不僅節(jié)約了材料，降低了成本，提高了企業(yè)競爭力，而且在環(huán)境保護(hù)方面也取得了顯著的成效。

4.結(jié)語

套鍛是通過一次加熱同時(shí)生產(chǎn)出兩個(gè)套圈，用此方法生產(chǎn)圓錐滾子軸承能夠有效節(jié)約材料、提高產(chǎn)量，從而提高企業(yè)競爭力。采用中頻感應(yīng)爐代替煤氣爐對棒料進(jìn)行加熱，不僅減小了棒料的氧化，且沒有二氧化碳的排放及鼓風(fēng)機(jī)噪聲的產(chǎn)生，在環(huán)境保護(hù)方面也取得了顯著成效。因此，應(yīng)當(dāng)將套鍛工藝廣泛應(yīng)用到軸承套圈鍛造加工中。

圖6

2013年1—10月套鍛線節(jié)約材料統(tǒng)計(jì) （kg）