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        軸承套圈鍛造工藝研究

        2014-11-03 13:41:48王發(fā)
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年32期
        關(guān)鍵詞:優(yōu)化設(shè)計(jì)

        王發(fā)

        摘 要:軸承套圈的鍛造是機(jī)械鍛造中一個(gè)核心課題,文章對(duì)此展開(kāi)論述,首先對(duì)軸承套圈鍛造工藝現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)介,接著闡述軸承套圈鍛造工藝的基本設(shè)計(jì)原則,在此基礎(chǔ)上結(jié)合軸承套圈鍛造工藝本身的特殊性,從建立產(chǎn)品及鍛造工藝模型以及套圈鍛造工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行深入的闡述。

        關(guān)鍵詞:軸承套圈;鍛造工藝;優(yōu)化設(shè)計(jì)

        引言

        軸承套圈的鍛造是機(jī)械鍛造中比較典型的一類加工。軸承套圈指的是環(huán)形且有著多個(gè)滾道結(jié)構(gòu)的向心軸承。軸承在機(jī)械制造等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。其在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)是裝拆過(guò)程十分簡(jiǎn)易、軸向不會(huì)發(fā)生改變、且軸向的位置能夠輕易被調(diào)整。軸承套圈結(jié)合具體的結(jié)構(gòu),也可以細(xì)分成不少類型,例如圓錐內(nèi)圈與外圈、雙滾道內(nèi)外圈等等。在機(jī)械鍛造領(lǐng)域,對(duì)于軸承套圈鍛造工藝的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和方法優(yōu)化是一個(gè)核心課題,掌握好軸承套圈鍛造的工藝,一方面能夠降低加工的支出成本,另一方面也能夠保證套圈產(chǎn)品的質(zhì)量,具有比較好的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。

        1 軸承套圈鍛造工藝概述

        軸承套圈是一種應(yīng)用非常廣泛的機(jī)械部件,一個(gè)軸承套圈鍛件成品一般都要經(jīng)過(guò)多道次的毛坯逐點(diǎn)逐步鍛造變形而獲得,其具體的制造可以細(xì)分成四個(gè)步驟:粗模的鍛造、鍛件的熱處理、在電腦監(jiān)控下進(jìn)行精確磨削、標(biāo)志的添加。文章關(guān)注的重點(diǎn)是其在鍛造的時(shí)候所采用的工藝。在零件的鍛造中,如果由于工藝的不完善而導(dǎo)致的過(guò)燒、過(guò)熱等情況發(fā)生,便會(huì)顯著影響到軸承本身的強(qiáng)度和質(zhì)量。因此一定要在鍛造過(guò)程的全程中嚴(yán)格實(shí)時(shí)控制鍛造環(huán)境的溫度、循環(huán)加熱等參數(shù),尤其是一些體積相對(duì)較大的軸承品種,如果成品的溫度超過(guò)了七百攝氏度,嚴(yán)禁以堆積的方式進(jìn)行碼放。文章的闡述均以圓錐滾子軸承套圈為例。此類軸承的鍛造大部分使用的是單擠工藝,尤其是對(duì)一些體積偏大的軸承而言,應(yīng)把鍛造原料進(jìn)行加熱,并通過(guò)擠壓使其基本成形,然后通過(guò)切芯擴(kuò)孔,進(jìn)行外徑和內(nèi)徑的調(diào)整,形成軸承。

        2 軸承套圈鍛造工藝原則

        (1)重量守恒。指的是所有鍛造的鍛件在質(zhì)量方面要完全相同。這個(gè)準(zhǔn)則一方面應(yīng)該考慮參與鍛造的鍛件在煅燒工序之后的材料損失,包括火耗、尺寸公差等因素,另一方面還應(yīng)顧及參與鍛造的鍛件在工序中,由于溫度的變化,導(dǎo)致鍛件本身的大小受到影響,只有嚴(yán)格控制以上的因素,才能夠作出隔閡的軸承套圈鍛造產(chǎn)品。(2)減少缺陷。軸承套圈的鍛造是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的工藝過(guò)程,絕非幾項(xiàng)簡(jiǎn)單操作的集合,必須在各類參數(shù)嚴(yán)格控制之下才能產(chǎn)出成品,由于外界環(huán)境并非完全理想,因此所有的工序均能夠存在一些擾動(dòng)因素而導(dǎo)致缺陷的發(fā)生。缺陷的外在表現(xiàn)形式,有時(shí)是毛刺、凹坑,有時(shí)是圓角等,假若無(wú)法在具體的工藝中進(jìn)行圓整操作,將會(huì)使各類缺陷最終反映在鍛件成品上,導(dǎo)致鍛件的質(zhì)量發(fā)生重大缺陷。因此在具體操作的工藝中,要盡最大努力保證鍛件的毛皮條件,并且鍛造應(yīng)有足夠大的變形量,從而降低毛坯中缺陷的發(fā)生率。(3)同比例變形。一個(gè)合格的軸承套圈產(chǎn)品,需要經(jīng)歷多個(gè)鍛造工序,在各類工序之中均會(huì)經(jīng)歷很多次變形過(guò)程,假若半成品的每一個(gè)部分在變形方面沒(méi)能遵循比例,則會(huì)由于誤差的疊加導(dǎo)致毛刺、凹坑、圓角等各類缺陷的產(chǎn)生,又由于在加工過(guò)程中的變形導(dǎo)致的短劍內(nèi)部應(yīng)力,最終很容易使其發(fā)生變形,成為不合格產(chǎn)品。

        3 軸承套圈套鍛造工藝及優(yōu)化

        對(duì)于軸承套圈的鍛造,本身具備一些特殊之處。此處以內(nèi)外圈雙擴(kuò)孔工藝作為案例進(jìn)行探討,其具體的步驟包括九項(xiàng),分別是原料的準(zhǔn)備、原料加熱至適合溫度、對(duì)原料進(jìn)行套切、套切后的漲孔壓平、對(duì)外圈進(jìn)行擴(kuò)孔、對(duì)內(nèi)外徑進(jìn)行調(diào)整、軸承內(nèi)圈成形、軸承切底以及軸承內(nèi)圈擴(kuò)孔。在這九項(xiàng)工序之中,尤以其中的套切工序最為重要。原因是此工序能夠決定將來(lái)成品的內(nèi)、外圈配重、擴(kuò)孔比等重要參數(shù),因此該工序基本上決定了最終成形的鍛件的質(zhì)量。而鍛件擴(kuò)孔比的選取則能夠決定著單件生產(chǎn)時(shí)間,因此對(duì)批量生產(chǎn)產(chǎn)品的情況非常重要。

        此外還有一個(gè)關(guān)鍵工序控制,就是壓平量及擴(kuò)孔比。原因在于:首先繞過(guò)所選擇的擴(kuò)孔比足夠大,則避免毛坯鍛件產(chǎn)生缺陷的能力就越高,鍛件經(jīng)過(guò)輾擴(kuò)以后便會(huì)形成更為致密的內(nèi)部組織,而因?yàn)楸缓芏嗤獠織l件所制約,導(dǎo)致鍛件的擴(kuò)孔比是無(wú)法取太大數(shù)值的,而假若擴(kuò)孔比不夠大,則避免毛坯鍛件缺陷的能力便會(huì)較低,這就對(duì)前道工序提出了更高的要求,使鍛造流程的消耗上升,所以擴(kuò)孔比在取值方面也不能過(guò)于低,結(jié)合作者的經(jīng)驗(yàn),在軸承套圈鍛造的過(guò)程中,將擴(kuò)孔比控制在1.5左右能夠達(dá)到較好的效果。其次是對(duì)壓平量的參數(shù)控制,如果此參數(shù)過(guò)大,則鍛件在漲孔壓平操作之后,其所形成的毛坯便會(huì)在表面出現(xiàn)一些外觀缺陷,只有繼續(xù)增加鍛件的擴(kuò)孔比,再能通過(guò)輾擴(kuò)的工序盡量減少這些缺陷,如果此參數(shù)過(guò)小,則毛坯鍛件表面的外觀缺陷便會(huì)比較少,所以只需不大的擴(kuò)孔比便可消除這些缺陷,而另一方面,結(jié)合筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),此參數(shù)的選取可控制在20%Cn左右。

        以上所闡述的是傳統(tǒng)的成熟鍛造工藝,從傳統(tǒng)工藝的典型步驟能夠看出,如果要進(jìn)一步增強(qiáng)鍛造材料的利用率以及產(chǎn)品的質(zhì)量合格率,最核心的步驟便是輾擴(kuò)工序。當(dāng)前較常使用的輾擴(kuò)工序一般多為直圈輾擴(kuò)方式。不少實(shí)踐領(lǐng)域的技術(shù)人員和工程專家均在最新的研究中將原直圈輾擴(kuò)升級(jí)成仿形輾擴(kuò),其工藝的優(yōu)化來(lái)自兩個(gè)方面,一是對(duì)套圈鍛件的尺寸留量進(jìn)行調(diào)節(jié),二是對(duì)其形狀進(jìn)行調(diào)整,最終達(dá)到增加材料利用率的目的。而其中最為關(guān)鍵的軸承套圈輾擴(kuò)工序,目前難以完全令人滿意。隨著技術(shù)的發(fā)展,不少專家學(xué)者和生產(chǎn)實(shí)踐的一線人員均在探索軸承套圈鍛造工藝的優(yōu)化方法策略,并已經(jīng)取得了值得引入的方法。文章重點(diǎn)闡述的優(yōu)化方法是:下料、加熱、鐓粗、擠壓、切底、輾擴(kuò)、噴丸。鍛造流程闡述如下:(1)軸承數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建。此庫(kù)中動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)了軸承工藝參數(shù)信息,為鍛造過(guò)程的實(shí)時(shí)控制提供支持。(2)軸承模型的構(gòu)建。首先能夠在軸承模型內(nèi)通過(guò)具體的程序來(lái)驗(yàn)證數(shù)據(jù)庫(kù)中信息的準(zhǔn)確性,此外也能夠通過(guò)軸承模型提供成品加工的模板。(3)構(gòu)建軸承套圈優(yōu)化模型。在優(yōu)化模型中應(yīng)該包含軸承套圈公差標(biāo)準(zhǔn)和尺寸等關(guān)鍵信息。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程只,僅需提供必要的軸承產(chǎn)品信息,便能夠在工藝模型庫(kù)中生成所需的工藝數(shù)據(jù)。

        在具體的鍛造過(guò)程中,應(yīng)結(jié)合所述的優(yōu)化工藝。結(jié)合23222CA的軸承內(nèi)圈工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鍛造,需要注意的是,鍛造流程的粗車工序,應(yīng)該及時(shí)去除半成品滾道由于高溫而產(chǎn)生的氧化薄層,從而確保刀具的精度。這一步驟能夠以多種方式完成:例如可以通過(guò)仿形法去掉產(chǎn)品圓弧表面,也可以通過(guò)成型車刀等等。作者結(jié)合自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),在實(shí)際操作的過(guò)程中采取了第二個(gè)方案,結(jié)果顯示完全能夠達(dá)到軸承套圈的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),材料利用率可以在原來(lái)基礎(chǔ)上平均提高3~4%。表1所示為測(cè)試結(jié)果。

        表1 軸承套圈優(yōu)化前后技術(shù)數(shù)據(jù)對(duì)比

        4 結(jié)束語(yǔ)

        在機(jī)械鍛造領(lǐng)域,軸承套圈鍛造工藝的研究一直是一個(gè)焦點(diǎn),良好的鍛造工藝能夠保證工業(yè)資源的節(jié)約、減少制造成本。在實(shí)踐中,有不少專家學(xué)者和技術(shù)領(lǐng)域的人才均在不斷地摸索鍛造工藝的優(yōu)化方案,最終提高金屬材料利用率,節(jié)約原材料,減少機(jī)械加工量,降低成本保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

        參考文獻(xiàn)

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        [3]王榮橋,朱凱.UG零件設(shè)計(jì)教程(UnigraphicsV18.0)[M].北京:北京希望電子出版社,2012.

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