汽車(chē)用深溝球軸承套圈冷輾擴(kuò)工藝設(shè)計(jì)

劉梅華，利義旭，楊耀祥

(廣東省韶鑄集團(tuán)有限公司，廣東韶關(guān) 512031)

?

汽車(chē)用深溝球軸承套圈冷輾擴(kuò)工藝設(shè)計(jì)

劉梅華，利義旭，楊耀祥

(廣東省韶鑄集團(tuán)有限公司，廣東韶關(guān) 512031)

摘要：闡述了汽車(chē)用深溝球軸承套圈冷輾擴(kuò)工藝的輾擴(kuò)圖、毛坯圖、輾擴(kuò)模具的設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析和總結(jié)，逐步完善了深溝球軸承套圈冷輾擴(kuò)件的鍛造工藝及冷輾擴(kuò)工藝。

關(guān)鍵詞：深溝球軸承套圈；高速鐓鍛件；冷輾擴(kuò)工藝

0引言

汽車(chē)軸承號(hào)稱(chēng)“汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的關(guān)節(jié)”，需要轉(zhuǎn)動(dòng)的部件都離不開(kāi)軸承，例如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、輪轂等。雖然只是一個(gè)小零件，但它是汽車(chē)傳動(dòng)的基礎(chǔ)，更是關(guān)系到整車(chē)的可靠性、安全性和舒適性，其作用巨大。一般汽車(chē)軸承在高轉(zhuǎn)速、高溫的狀況下運(yùn)轉(zhuǎn)，所以要求軸承套圈抗疲勞、耐磨損、壽命長(zhǎng)。

某公司采用“高速鍛造+冷輾擴(kuò)”組合工藝生產(chǎn)深溝球軸承套圈鍛件，在高速鐓鍛機(jī)上鍛出內(nèi)外徑尺寸小的高速鐓鍛件，通過(guò)冷輾擴(kuò)設(shè)備，輾擴(kuò)出與深溝球軸承套圈形狀接近的產(chǎn)品。采用這種方式生產(chǎn)深溝球軸承套圈，鍛件料芯小，材料利用率高；輾擴(kuò)后產(chǎn)品的寬度、形位公差一致性好，加工余量小，同時(shí)鍛件金屬材料的晶粒組織更加致密，溝道處金屬流線合理，后序加工流線斷頭少，提高了套圈的抗疲勞強(qiáng)度與耐磨性。用這種工藝生產(chǎn)的軸承套圈更能滿足汽車(chē)軸承的要求。下面以公司生產(chǎn)的某一汽車(chē)用深溝球軸承套圈為例介紹該工藝。

1深溝球軸承套圈鍛件工藝設(shè)計(jì)步驟

1.1冷輾擴(kuò)圖設(shè)計(jì)

根據(jù)零件圖按照適合冷輾成型規(guī)律、保證質(zhì)量穩(wěn)定、盡量減少后續(xù)加工余量的原則設(shè)計(jì)冷輾擴(kuò)件圖，工件材質(zhì)為GCr15，冷輾擴(kuò)件設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1，冷輾擴(kuò)件的形狀基本按其零件形狀確定。鍛件端面脫模角度為5°，鍛件最小余量單邊0.45～0.85 mm，內(nèi)、外套圈溝道處做成梯形方式。冷輾擴(kuò)件具有尺寸精度高、表面質(zhì)量好的特點(diǎn)。整徑后輾擴(kuò)件外徑尺寸公差小于±0.1 mm，圓度小于0.1 mm。

圖1　冷輾擴(kuò)圖

1.2輾擴(kuò)比確定

輾擴(kuò)比K是輾壓前毛坯壁厚與輾壓后工件壁厚之比，考慮到計(jì)算方便，實(shí)際設(shè)計(jì)中按冷輾擴(kuò)件內(nèi)徑與毛坯內(nèi)徑之比計(jì)算輾擴(kuò)比K：

K=dn/dm

式中：dn為冷輾件內(nèi)徑；dm為毛坯內(nèi)徑。

對(duì)于輾擴(kuò)比的取值，要綜合考慮冷輾件尺寸、模具尺寸、成型完全、節(jié)材、生產(chǎn)效率等因素。對(duì)于深溝球軸承套圈，一般輾擴(kuò)比取值范圍為K=1.2～1.7。在此例中內(nèi)圈選用的最大輾擴(kuò)比為1.49，外圈選用的最大輾擴(kuò)比為1.51。

1.3冷輾擴(kuò)前毛坯設(shè)計(jì)

冷輾擴(kuò)前毛坯的形狀設(shè)計(jì)考慮到方便高速鐓鍛成形及輾擴(kuò)件材料的分配。

(1)毛坯內(nèi)徑dm的確定。根據(jù)冷輾擴(kuò)件的內(nèi)徑尺寸及選定的輾擴(kuò)比計(jì)算出毛坯的內(nèi)徑。

dm=dn/K

(2)毛坯寬度Bm的確定。根據(jù)冷輾擴(kuò)件的寬度及輾擴(kuò)比確定毛坯寬度。一般情況下:

Bm=Bn-Δ

Δ=0.1～0.3

Δ取值與輾擴(kuò)比、輾擴(kuò)件寬度有關(guān)，輾擴(kuò)比大和(或)輾擴(kuò)件寬度寬時(shí)取大值，反之則取小值。

(3)再依據(jù)冷輾擴(kuò)前后鍛件體積(質(zhì)量)不變及冷輾擴(kuò)前后鍛件對(duì)應(yīng)截面積近似不變的原理，計(jì)算出鍛件的外徑尺

寸，設(shè)計(jì)冷輾擴(kuò)前毛坯。冷輾擴(kuò)前毛坯圖如圖2所示。

圖2　輾擴(kuò)前毛坯圖

輾前毛坯設(shè)計(jì)成圖2所示的形狀，是因?yàn)檫@種形狀適合高速鐓鍛設(shè)備生產(chǎn)，成形難度小，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

1.4輾前毛坯鍛造工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)GCr15的熱縮收量計(jì)算終鍛成形毛坯的熱態(tài)尺寸，再根據(jù)高速鐓鍛機(jī)的特點(diǎn)確定其成形工步，鍛造工藝見(jiàn)圖3。

圖3　輾前毛坯鍛造工藝圖

通過(guò)中頻加熱爐加熱，在高速鐓鍛機(jī)上同步進(jìn)行剪切下料、鐓粗、終鍛、分套、沖孔，生產(chǎn)出輾前毛坯。采用高速鐓鍛機(jī)進(jìn)行輾前毛坯生產(chǎn)具有高效率、高質(zhì)量及節(jié)能、節(jié)材等特點(diǎn)。

1.5冷輾擴(kuò)模具的設(shè)計(jì)

輾擴(kuò)時(shí)，工件通過(guò)導(dǎo)料槽導(dǎo)入輾輪型槽，芯輥穿過(guò)工件內(nèi)孔后開(kāi)始輾擴(kuò)。輾擴(kuò)中模具和被輾擴(kuò)的工件都在旋轉(zhuǎn)，模具對(duì)鍛件進(jìn)行連續(xù)的、局部的擠壓變形。冷輾模具設(shè)計(jì)是此工藝的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)工件最小壁厚尺寸來(lái)確定輾輪及芯軸的型槽深度。

(1)輾輪型面設(shè)計(jì)。以?xún)?nèi)圈輾輪型面為例說(shuō)明，見(jiàn)圖4。

輾輪型槽深度H。輾輪在輾擴(kuò)成形過(guò)程中起主導(dǎo)作用，因此深溝球軸承套圈冷輾件輾輪的型槽深度應(yīng)大于鍛件的壁厚a一半以上，且盡可能加大輾輪的型槽深度，這樣可避免冷輾件端面起毛刺，且保證鍛件在冷輾擴(kuò)時(shí)的穩(wěn)定性。

脫模角度α。深溝球軸承套圈在冷輾擴(kuò)時(shí)，穩(wěn)定性較好，因此脫模角度選5°即可。

圖4　輾輪型面

型槽寬度B。型槽寬度的選擇應(yīng)考慮冷輾件的最小高度、脫?；貜椓考澳＞叩膹椥宰冃巍?/p>

B=Bns-ΔB-ΔB′

式中：B為輾輪槽寬最小值；Bns為冷輾件最小寬度；ΔB為脫?；貜椓?，一般在0.02～0.05 mm；ΔB′為模具的彈性變形，一般在0.02 mm。輾輪槽寬度的確定還應(yīng)考慮毛坯的高度，相差過(guò)大易造成內(nèi)徑尺寸偏差及端面不平。

輾輪型面中間凸臺(tái)部分依據(jù)內(nèi)圈溝道尺寸設(shè)計(jì)。

(2)芯輥型面設(shè)計(jì)。以外圈芯輥型面為例說(shuō)明，見(jiàn)圖5。

圖5　芯輥型面

芯輥φA直徑比毛坯內(nèi)孔最小直徑小2.5～3 mm，芯輥型面寬度B比輾輪寬度寬0.3～0.6 mm，芯輥型面深度T一般為1～3 mm，以保證芯輥強(qiáng)度和不超閉合尺寸來(lái)設(shè)計(jì)。

芯輥型面中間凸臺(tái)部分依據(jù)外圈溝道尺寸設(shè)計(jì)。

2冷輾前毛坯的預(yù)處理

(1)冷輾前毛坯按GCr15鍛件進(jìn)行退火，毛坯硬度HRB85～90。

(2)對(duì)冷輾前毛坯進(jìn)行雙端面磨削，保證毛坯寬度一致。

(3)冷輾前毛坯表面拋丸去氧化皮。

3結(jié)束語(yǔ)

深溝球軸承套圈冷輾工藝的技術(shù)特點(diǎn)是通過(guò)高速鐓鍛機(jī)生產(chǎn)合適的輾前毛坯，再通過(guò)冷輾擴(kuò)設(shè)備輾擴(kuò)、整徑的方法，將輾前鍛件變成冷輾擴(kuò)件。在工藝設(shè)計(jì)中，通過(guò)選擇合適的冷輾擴(kuò)比，來(lái)保證冷輾擴(kuò)后鍛件的內(nèi)部質(zhì)量，同時(shí)達(dá)到節(jié)約原材料的目的；冷輾壓變形后，金屬材料的晶粒組織更加致密，溝道部位金屬流線良好，提高了汽車(chē)軸承的抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性，軸承壽命增加1～2倍；通過(guò)冷輾擴(kuò)模具的優(yōu)化合理設(shè)計(jì)，保證了輾擴(kuò)件的高度、形位公差及表面質(zhì)量，使顧客后序加工的成本更低。

對(duì)此類(lèi)產(chǎn)品的鍛造工藝及冷輾擴(kuò)工藝作者所在公司已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。目前，公司已開(kāi)發(fā)并形成批量生產(chǎn)的深溝球圈冷輾擴(kuò)件有五十多個(gè)型號(hào)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn):

【1】張猛，賈占泉.輾環(huán) 鍛壓手冊(cè)：第一卷 鍛造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1993.

Design of Cold Rolling Process for Deep Groove Ball Bearing Ring of Automobile

LIU Meihua,LI Yixu,YANG Yaoxiang

(Guangdong Shaoguan Foundry and Forging Group Co., Ltd., Shaoguan Guangdong 512031,China)

Abstract:The designs of automotive deep groove ball bearing ring’s cold rolling drawing, blank drawing, and cold rolling tooling were introduced. The problems encountered during development process were analyzed and summarized. The forging process and cold rolling process of deep groove ball bearing ring were improved gradually.

Keywords:Deep groove ball bearing ring；High speed forging part；Cold rolling process

收稿日期：2015-10-16

作者簡(jiǎn)介：劉梅華(1969—)，女，大學(xué)專(zhuān)科，工程師，研究方向?yàn)楦咚夔呭懞屠漭殧U(kuò)。E-mail：szjdjsk888@163.com。

中圖分類(lèi)號(hào):TG376.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1986(2016)01-046-03