付海軍

(秦皇島職業(yè)技術學院，河北 秦皇島 066100)

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

1 高速熱鐓機塔鍛擠壓成形工藝

1.1 HBP-160型高速熱鐓機

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

(1)采取了感應加熱,棒料精密剪切，料芯底部重量差的補償和閉式無飛邊鍛造等技術措施，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，鍛件表面質量高。

(3)高速熱鐓機塔鍛大變形的軸向復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在缺陷，改善金屬內部組織。若再經過擴孔機輾擴成形，獲得與產品形狀相近的毛坯，則可更進一步提高套圈鍛件質量，提高金屬材料利用率，減少機械加工余量，降低成本[2]。

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

但是，高速熱鐓機塔鍛復合擠壓成形要求塔鍛大圈內徑和小圈外徑的尺寸必須匹配，這就限制了該工藝的應用。例如，角接觸球軸承7208E可以在熱鐓機上塔鍛一次同時生產出內、外圈成品鍛件，便于生產計劃的安排；而對于同一型號的向心球軸承，因其外圈鍛件內徑尺寸比內圈鍛件外徑尺寸大，則只能采用不同型號的向心球軸承內、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軸承內圈；大圈為6206外圈則小圈選LM67048內圈進行塔鍛。而實際中6206的需求量大，LM67048的訂貨批量小，搭配、生產組織困難。為了解決這一問題，設計開發(fā)了高速熱鐓機塔鍛6206內圈成品鍛件、外圈預成形+擴孔機擴孔+壓力機整徑的新工藝，配套生產出6206內、外圈鍛件毛坯。

1.2 6206外圈熱鐓機預成形-擴孔-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。為了進一步提高鍛件的尺寸精度，為后工序自動化生產創(chuàng)造條件，在輾擴之后安排了整形工序[2]。將天然氣箱式加熱爐、擴孔機、壓力機組成生產線進行流水作業(yè)，毛坯在設備之間由傳送帶傳送。其工藝過程如表1所示。

表1 高速熱鐓機塔鍛-擴孔機擴孔-壓力機整徑工藝過程

2 主要變形工藝參數的確定及工藝尺寸的設計計算

2.1 6206套圈塔鍛主要參數

2.1.1 鍛件的標準質量

6206內圈鍛件為擠壓件，擠壓成形鍛件的標準質量計算式為：

(1)

式中：Q2d為內圈鍛件標準質量，kg；D2p為內圈鍛件外徑平均值；d2p為內圈鍛件內徑平均值；h2p為內圈鍛件寬度平均值。

將D2p=43.4 ，d2p=27.6，h2p=19.8代入(1)式得：

Q2d=0.1362 kg。

6206外圈鍛件為擠擴件，擠擴成形鍛件的標準質量計算式為：

(2)

式中：Q1d為外圈鍛件標準質量，kg；D1max為外圈鍛件外徑最大值；d1max為外圈鍛件內徑最大值；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 料心質量

塔形鍛件料心質量計算式為：

(3)

式中：Qc為塔形鍛件料心質量，kg；dc為塔形鍛件小圈內徑；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 火損質量

6206外圈鍛件擴孔整徑天然氣加熱火損質量為：

Q2s=0.015Q1d

(4)

塔形鍛件電加熱火損質量為：

Q1s=0.01(Q1d+Q2d+Qc)

(5)

則總火損質量為：

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Qs=Q2s+Q1s

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

=0.007 3

(6)

2.1.4 下料質量

熱鐓機塔鍛6206內圈成品鍛件、外圈鍛件擴孔毛坯的下料質量為:

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

(7)

2.2 6206外圈擴孔尺寸

6206外圈壓力機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擴孔機擴孔下，根據體積不變原理，得：

(65.32-d2)=(65.12-48.82)，

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

2.3 高速熱鐓機塔擠成形工藝參數

6206內圈成品鍛件尺寸已知，因為大圈小端內徑等于小圈外徑，即:d1=D2=43.4。根據體積不變原理，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外圈鍛件預成形件的尺寸[3-4]。

各工序工藝尺寸參數的設計計算結果見表2。

表2 各工序主要工藝參數

3 HBK-160A擴孔機輾壓軸承圈模具

HBK-160A擴孔機擴孔是在兩個旋轉、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,使毛坯在變形過程中徑向尺寸不斷增大,最終成形。擴孔過程中，人工上、下料，當輾擴的毛坯外徑達到規(guī)定的尺寸后, 與輾壓輥一起旋轉的輾擴毛坯靠外徑摩擦限位輥使限位輥開始旋轉，松開壓下的輾壓輪，輾擴過程終止。

圖1 輾壓輪

輾壓擴孔消除了高速熱鐓機塔形鍛件分套時6206 外圈原始毛坯內孔表面的切痕環(huán)帶, 減小了輾擴毛坯內、外表面的加工余量和公差，同時使金屬組織更加緊密，因而顯著提高了鍛件質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壓力機整徑模具設計

4.1 模具結構

6206外圈整徑模模具結構設計如圖3所示。模具為對角導柱式整徑模，所用設備為JA31-160A壓力機，壓力機最大裝模高度為375 mm，壓力機工作行程為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 整徑模模具結構

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面輸送到JA31-160A壓力機工作臺，人工用長手鉗夾持6206 外圈，沿成形模壓蓋上的送料導向口上料，再由成形模壓蓋上的半圓弧限位臺定位；壓力機滑塊下行，導柱首先進入導套，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，工作行程結束，壓力機回程，滑塊帶動整徑凸模上行，整形后的成品鍛件卡在成形模內；壓力機滑塊進行下一個工作行程，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的工件推出。

4.3 模具特點

(1)整徑模上、下模的正確位置是利用導柱和導套的導向來保證的，導柱和導套采用H7/h6小間隙配合。整徑凸模接觸工件之前，導柱已經進入導套，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，成形模內同時留存2個工件。整徑后的成品鍛件由整徑凸模逐次從成形模模孔中推下，經成形模模座上的Φ70漏料孔向下通過壓力機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。

4.4 主要工作零件設計

4.4.1 整徑成形模

整徑成形模結構如圖4所示，其主要設計特點為：

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。故設計整徑模時，以成形凹模為基準，間隙取在整徑凸模上。

(3)成形模端口設有8°引導角。

(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

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

圖6 成型模壓蓋

5 結束語

在高速熱鐓機上塔擠6206內圈成品鍛件，同時預成形6206外圈鍛件工序件，再用擴孔機擴孔-壓力機整形的方法生產6206外圈成品鍛件的工藝設計，解決了高速熱鐓機塔鍛復合擠壓成形大圈內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用到其他型號軸承套圈鍛件毛坯的生產，而且可以擴展到熱鐓機料頭餅和料心餅的利用上。另外，通過擴孔、精整這一工藝方法使鍛件質量、產品的精度和生產率得到了提高，同時降低了機械加工成本，大幅度減少了原材料的消耗，提高了軸承套圈材料利用率。