向心关节轴承内圈预成形模的设计及应用.pdf

铸造与锻造C a s t i n g&F o r g i n g2023年 第9期 热加工124向心关节轴承内圈预成形模的设计及应用王庆香临清宇联轴承科技有限公司 山东临清 252600 摘要：针对向心关节轴承内圈具有外廓球状圆弧SR1值小、宽度尺寸H大的特点，锻造过程中会遇到预成形时卸料不方便、扩孔比小、辗扩成形困难，以及成形时还会出现两端毛坯圆弧不对称的问题。为此，设计开发了一种向心关节轴承内圈预成形模，既实现了锻件预成形毛坯的“穿底平高”，还保证了锻件外轮廓中间粗、两头细的“橄榄球状”的外部流线。关键词：轴承内圈；预成形模；生产应用1 序言向心关节轴承内圈在制作的过程中，传统的制作流程是感应加热墩粗反挤压成形（盲孔）冲料芯辗扩。反挤压成形时，使用冲头冲盲孔，然后冲料芯，最后辗扩成形1。图1所示为向心关节轴承锻件毛坯结构。由于该类轴承内圈具有外廓球状圆弧SR1值小、宽度尺寸H大的特点，所以在锻造过程中会遇到预成形时卸料不方便、扩孔比小、辗扩成形困难，以及成形时还会出现两端毛坯圆弧不对称的问题。为此，将传统的制作方法进行了局部优化改进，优化后的制作流程为感应加热墩粗反挤压成形（盲孔）冲料芯外轮廓预成形辗扩。因此设计了一种向心关节轴承内圈预成形模，对该冲料芯模进行了改进，将外轮廓预成形合并在冲料芯工序中，预成形后的毛坯外轮廓流线为中间粗、两头细的“橄榄球状”，辗扩前初步保证了该锻件中间粗、两头细的“橄榄球状”流线2，最大限度地减小辗扩工序的压力，不仅保证了产品质量，而且提高了辗扩工序的生产效率。以下将向心关节轴承内圈预成形模的总体结构特点、使用方法、生产应用和注意事项做一简要介绍，供同行参考。2 向心关节轴承内圈预成形模总体结构特点及使用方法图2、图3所示分别为万向关节轴承内圈预成形模未工作状态（开放状态）和工作状态（闭合状态）。向心关节轴承内圈预成形模主要由冲头总成、上模总成、下模总成、导向柱及压簧等部分组成。2.1 万向关节轴承内圈预成形模总体布局万向关节轴承内圈预成形模的配用设备是闭式压力机一台。冲头总成使用T形螺栓、垫圈a、螺母a固定在闭式压力机上固定座上。下模总成使用沉头螺钉、垫圈b、螺母b固定在闭式压力机下工作台上。下模总作者简介：王庆香，高级工程师，主要从事轴承套圈制造工艺设计，E-mail：wqx-。图1向心关节轴承锻件毛坯结构铸造与锻造C a s t i n g&F o r g i n g2023年 第9期 热加工125成的左右两侧对称装有两根导向柱，使用垫圈c、螺母c垂直固定在闭式压力机的工作台面上；两根导向柱外部分别装有一根压簧，上模总成通过两个安装孔套在导向柱的外侧，压簧的上部，然后同样使用垫圈c、螺母c将其固定牢固（见图2）。这样，上模总成依靠压簧的弹力将其定位在冲头总成与下模总成之间3。状”毛坯，即向心关节轴承内圈的中间粗、两头细的“橄榄球状”的预成形毛坯已形成（见图3）。该工序既实现了锻件毛坯的“穿底平高”，又保证了锻件外轮廓中间粗、两头细的“橄榄球状”的外部流线4。图3万向关节轴承内圈预成形模工作状态（闭合状态）图2万向关节轴承内圈预成形模未工作状态（开放状态）1螺母c 2垫圈c 3螺母b 4垫圈b 5沉头螺钉 6下模总成 7压簧 8导向柱9上模总成 10螺栓a 11垫圈a 12冲头总成 13T型螺栓 14闭式压力机工作状态时，将反挤压成形工序后不规则的盲孔毛坯放入下模总成“半橄榄球状”的球窝内，一定保证毛坯放正，下端面与球形窝的底面贴合。启动脚踏开关，闭式压力机的上工作台向下移动，冲头总成也随上工作台整体向下移动，冲头压盖首先与上模上平面接触。随着闭式压力机上工作台的继续移动，在冲头压盖的作用下，上模总成沿两根导向柱继续下移，上模总成的“半橄榄球状”球窝，正好落到锻造毛坯的上部，同时，冲头冲掉毛坯的料芯，且料芯直接落入压力机下部的料芯框内。此时，毛坯外形在上下模的作用下形成一个“橄榄球松开脚踏开关，闭式压力机回程，冲头总成随着回到初始位置；同时在压簧的弹力作用下，上模总成被弹回到初始位置，并将预成形后的“橄榄球状”毛坯取出，转入到下一个辗扩工序。2.2 冲头总成冲头总成由冲头固定座、冲头安装座、冲头、冲头压盖及联接螺栓d、垫圈d等部分组成，如图4所示。其中，冲头固定座的上平面与压力机下平面贴合，冲头固定座下平面有止口，将冲头安装座嵌入，并用螺栓d和垫圈d固定牢固；冲头安装座下部有外螺纹，且冲头安装座上下基准面保持平行；冲头压盖上部一端有内螺纹，下部内口有锥度，其锥度与冲头模柄锥度一致；将冲头放入冲头压盖中，然后将冲头压盖与冲头安装座的螺纹拧紧，要求拧紧后的冲头顶部与冲头安装座贴合紧密，这样冲头会与冲头安装座固定牢固，形成整个冲头总成。冲头（见图5）上部模柄设计成锥面，下部端面设计成平面，与外圆面交接处为尖角，保留了锋利性，这样冲料芯时，内口端面不会留有毛刺，且冲料芯效率高。2.3 上模总成上模总成由上模固定板、上模压板、螺栓e、螺母e、垫圈e及上模等部分组成，如图6所示。其中，上模固定板为厚板，中间有一个大通孔，用于上模的装入；通孔两侧有4个小通孔，对称分布，用铸造与锻造C a s t i n g&F o r g i n g2023年 第9期 热加工126其外部装有上模压板，并与上模固定板贴合紧密，上模压板与上模固定板之间通过螺栓e、螺母e、垫圈e联接。装配时，要求上模压板底面与上模下端面齐平。2.4 下模总成下模总成由下模压盖、下模固定座、下模及下模垫块等部分组成，如图7所示。其中，下模固定座上部有外螺纹；下模压盖下部有内螺纹，上部为内圆球状；下模上部外侧为外圆球状，内孔上部呈“半橄榄球状”，其深度比万向关节轴承宽度尺寸的1/2稍小些，其“半橄榄球状”与万向关节轴承的外轮廓圆球状近似；下模垫块为圆管状，其内径与上模冲头装配时为间隙配合。下模垫块安装在下模固定座内，下端面和侧面均应与下模固定座贴合紧密，然后将下模安装在下模垫块上部，最后将下模压盖与下模固定座的螺纹旋紧，此时下模压盖的内圆球面与下模的外圆球面是球面配合状态。图6上模总成1上模固定板 2上模压板 3螺栓e 4螺母e 5垫圈e 6上模图5冲头图7下模总成1下模压盖 2下模固定座 3下模 4下模垫块于上模压板的固定；最外两侧还有两个对称分布的通孔，用于导向柱的导入。上模内孔为台阶孔，其下部为内部“半橄榄球状”球面，上部为直孔。下部内“半橄榄球状”球面深度比万向关节轴承宽度尺寸的1/2稍小些，其内部“半橄榄球状”与万向关节轴承的外圆球状近似；上部外部为圆状，上下两部分直径不同，上模大径一端装在上模固定板内孔中，上模固定板与上模过盈配合，上模的大外径台阶端面与上模固定板下面齐平。上模的止口一端，3 向心关节轴承内圈预成形模制作注意事项1）冲头上部设计成锥面，保证安装时固定的牢固性，螺纹越紧固，冲头上平面与冲头安装座的贴合性越好；冲头下端工作面平整，且与外圆的接合处为尖角，保证其锋利性，在冲料芯时，这样在辗扩工序后，内口端面不会残留毛刺，且端面平整，有利于保证碾扩后轴承套圈端面的平面度。2）模具装配时，要注意冲头、上模和下模的同轴度，以充分保证后期辗扩后的锻件壁厚均匀性。3）冲头总成与压力机之间，以及上模总成、导向柱、压簧与下模总成之间，注意拧紧各固定螺栓，以保证生产的安全性。4）模具安装调试时，注意调整好上工作台冲压行程，这样有利于延长各模具的使用寿命。图4冲头总成1冲头固定座 2螺栓d 3垫圈d 4冲头安装座 5冲头 6冲头压盖铸造与锻造C a s t i n g&F o r g i n g2023年 第9期 热加工1275）要求压簧弹压性能良好，保证锻件成形卸料时及时将上模总成弹出，以便及时将锻件毛坯半成品取出并转运到下一个辗扩工序。6）定期对闭式压力机进行维护，保证在锻件成形时的正常运行，以免造成耗材的浪费。4 向心关节轴承内圈预成形模的生产应用1）改进前的工艺流程如图8所示。2）改进后的工艺流程如图9所示。向心关节轴承内圈预成形模在遵循传统意义上的内圈制作流程的基础上，对冲料芯的工序进行了图8改进前的工艺流程图9改进后的工艺流程优化改进，增添了外轮廓预成形，即感应加热墩粗反挤压成形（盲孔）冲料芯外轮廓预成形辗扩。优化后的锻造工艺，既实现了传统意义上的冲料芯，同时也完成了辗扩前向心关节轴承外轮廓的预成形，通过使用向心关节轴承内圈预成形模，将预成形后的毛坯轮廓制造成了中间粗、两头细的“橄榄球状”。此工序既实现了锻件毛坯的“穿底平高”，又保证了锻件外轮廓中间粗、两头细的“橄榄球状”外部流线，最大限度地减小了辗扩工序的成形压力。生产实践证明，通过这种锻造流程制作的向心关节轴承内圈锻造毛坯，两端圆弧对称性好，不仅保证了产品质量，而且卸料较改进前更加方便，其辗扩工序的生产效率也有了很大提高，取得了较好效果。5 结束语优化后的向心关节轴承内圈预成形模，经生产应用，解决了在锻造过程中遇到的预成形时卸料不方便、辗扩成形困难、形状不对称等问题，不仅保证了锻造毛坯质量，而且辗扩工序的生产效率也有了很大提高，其优化设计思路为今后同类型锻件生产提供了有益的借鉴与参考。参考文献：1 洪深泽挤压工艺及模具设计M北京：机械工业出版社，1995.2 高乃杰辗扩技术在轴承锻造中的应用和发展J金属加工（热加工），2008（7）：22-23，43.3 张利君，李义祥线圈外套冷挤压工艺及模具设计J模具工业，2001（5）：35-37.4 黄延平温挤压工艺加工轴承套圈J大型铸锻件，2008（4）：27-28.20230609