沖壓鋼制筐形保持架成形皺折現(xiàn)象解決方法

王志偉，王玉良，楊建文，黃健，焦世杰

(1. 洛陽軸承集團(tuán)保持器有限責(zé)任公司，河南 洛陽 471003；2. 洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039)

隨著裝備市場(chǎng)環(huán)境及整機(jī)性能的不斷變化，需要承載能力強(qiáng)，工況適應(yīng)能力高，高技術(shù)含量，高附加值的軸承為之配套，隨之對(duì)一些寬度大，承載載荷大，作用力角度小的保持架產(chǎn)品的加工也帶來了困難和挑戰(zhàn)[1-2]。由于保持架成形時(shí)變形量大，沖壓機(jī)往返速度快，鋼板快速塑形變形，保持架成形后容易出現(xiàn)皺折現(xiàn)象；而GB/T 28268—2012《滾動(dòng)軸承 沖壓保持架技術(shù)條件》明確規(guī)定，保持架表面不允許有裂紋、皺折等外觀質(zhì)量問題[3]。因此，為解決皺折問題對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，從保持架材料、模具及設(shè)計(jì)方法等方面進(jìn)行分析和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)跟蹤[4-5]。

1 保持架材料對(duì)皺折的影響

沖壓保持架對(duì)材料強(qiáng)度、表面狀態(tài)質(zhì)量、化學(xué)成分、金相組織、材料厚度公差等均有較高的要求。詳細(xì)指標(biāo)包括：有較好的塑性，延伸率一般不低于26%；具有良好的耐磨性和強(qiáng)度，極限強(qiáng)度為280～420 MPa；金相組織均勻，晶粒度為5～8級(jí)，無游離狀態(tài)碳化物集中現(xiàn)象；S，P雜質(zhì)含量在0.045%以下，含碳量為0.05%～0.15%等。

根據(jù)GB/T 28268—2012對(duì)材料的要求，各類鋼制沖壓保持架可采用08，08AL，10，DC01，DC04等材料(表1)。但不同材料(主要是含碳量)對(duì)成形皺折有很大影響，長(zhǎng)期實(shí)踐總結(jié)顯示，同一型號(hào)保持架產(chǎn)品在相同模具、壓力機(jī)等條件下，材料含碳量低易皺折，含碳量較高則不易皺折；對(duì)保持架寬度較大或角度較小的產(chǎn)品，宜選用含碳量為0.05%以上的鋼板。

表1 保持架材料化學(xué)成分Tab.1 Chemical composition of cage material w，%

材料表面質(zhì)量對(duì)保持架成形皺折有重要影響，要求鋼板表面不得有裂紋、拉裂、氣泡、折疊、夾雜、結(jié)疤和壓入氧化皮，鋼板不得有分層；鋼板表面一定要平整，不能有表面波浪現(xiàn)象，否則，成形時(shí)保持架的皺折幾乎不可避免。

2 沖壓保持架皺折問題改進(jìn)措施

鋼制沖壓保持架由料餅成形,是由外向內(nèi)變形的一個(gè)過程，內(nèi)部變形量小，外部變形量大，料餅變形過快是出現(xiàn)保持架端部皺折的主要原因。同一材料及壓力機(jī)下，解決保持架皺折問題主要是減慢料餅的變化速度和控制料餅邊緣的變形過程。因此，從保持架加工模具及設(shè)計(jì)方法入手提出皺折問題的解決方法。

2.1 中小型保持架皺折問題

中小型保持架通常采用切料成形加工方法，機(jī)床設(shè)備選用400 t以下沖床，配套模具采用彈簧套筒或壓力彈簧結(jié)構(gòu)，由于沖壓機(jī)床特性，料餅彎曲塑形變形較快，對(duì)于寬度較大、接觸角較小及端部為直邊的保持架，料餅變形量較大，容易出現(xiàn)保持架皺折現(xiàn)象。因此，為避免該問題的出現(xiàn)，可采用加大模具壓邊力(壓緊力)及減慢料餅邊緣成形過程的方法。改進(jìn)設(shè)計(jì)中小型保持架成形模具結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過對(duì)330XX，323XX系列保持架加工跟蹤發(fā)現(xiàn)：采用改變成形凹模的刃口尺寸，調(diào)整成形凹模的刃口寬度及卸料環(huán)料餅定位深度，使料餅高于卸料環(huán)端面，可以增加與料餅的接觸面積；同時(shí)，增加彈簧的壓力，使料餅邊緣的壓邊力增大，料餅成形時(shí)端部處于受力狀態(tài)，料餅邊緣成形過程相對(duì)減慢，保持架端部皺折現(xiàn)象消除。

1—成形凹模；2—卸料環(huán)；3—頂板；4—彈簧圖1 中小型圓錐滾子軸承保持架切料成形模Fig.1 Cutting forming mold of small and medium size tapered roller bearing cage

2.2 特大型保持架皺折問題

特大型沖壓保持架加工由于模具和機(jī)床尺寸較大，通常使用的模具沒有下料裝置，可采用加大模具成形半徑R及高度放大量，減小料餅?zāi)Σ亮Φ姆椒?，避免保持架成形端部皺折現(xiàn)象。

如特大型圓錐滾子軸承保持架(圖2)通常采用調(diào)整凹模的設(shè)計(jì)尺寸的方法，加大凹模半徑R及高度放大量，R取值為(20～25)s(s為料厚)，高度放大量取為(1/3～1/2)Bc(Bc為保持架公稱寬度)；同時(shí)加大凹模的開口尺寸，使開口尺寸大于料餅的外徑，減小料餅與凹模的摩擦力，保證料餅成形過程減慢，避免成形時(shí)皺折。

1—凸模接頭；2—凸模；3—卸料環(huán)；4—凹模圖2 特大型圓錐滾子軸承保持架一次成形模Fig.2 Once forming mold of extra large size tapered roller bearing cage

2.3 材料表面不平整及保持架角度問題

材料表面存在波浪,材料含碳量較低以及保持架成品角度過小的一次成形皺折問題，通常保持架端部會(huì)出現(xiàn)多處大波浪形狀皺折，造成產(chǎn)品報(bào)廢,模具工作面損傷，問題較為嚴(yán)重。

對(duì)此可采用二次成形的方法(圖3)，初成形時(shí)外角放大到18°～25°，R1取為(2～5)s；同時(shí)去掉保持架端部直邊，減小料餅的變化量，可有效避免保持架皺折現(xiàn)象。

圖3 特大型圓錐滾子軸承保持架成形模具Fig.3 Forming mold of extra large size tapered roller bearing cage

3 結(jié)束語

通過對(duì)沖壓筐形保持架皺折現(xiàn)象進(jìn)行分析，從材料、成形模具及模具設(shè)計(jì)方法角度提出改進(jìn)措施，實(shí)踐證明，該措施可有效避免或消除皺折問題，從而有利于保證保持架后工序的加工及保持架質(zhì)量。此類改進(jìn)方法通過對(duì)密封罩、不銹鋼防塵蓋等沖壓產(chǎn)品的試制跟蹤證明，可以推廣應(yīng)用于其他沖壓件產(chǎn)品的成形設(shè)計(jì)中。