外圈带台阶轴承套圈的挤套辗扩工艺

李亚杰，左英，张迅雷，李姝

(浙江五洲新春集团股份有限公司，浙江 新昌 312500)

套锻辗扩工艺在轴承套圈锻造中应用广泛，其采用中频加热+压力机连线+辗环的一火锻造，取得了很好的经济效益和社会效益[1-2]。套锻辗扩工艺主要适用于常规的中小型和中大型圆筒形锻件、内外沟形锻件以及部分圆锥滚子轴承套圈等[3]。但对外圈带台阶的异形汽车轴承来说，套锻辗扩工艺的锻造材料利用率不高，而车加工方法的加工效率较低，因此，开发了一种挤套辗扩工艺来加工该类锻件。

1 锻造工艺流程

原套锻辗扩工艺如图1所示，改进后的挤套辗扩工艺如图2所示。

图1 套锻辗扩工艺流程

图2 挤套辗扩工艺流程

2 锻件图

锻件尺寸由成品尺寸加上机械加工的余量和公差来确定，需均衡考虑材料消耗和模具寿命，以确定合理的留量和公差。留量需确保锻件经机加工后能够去掉表面缺陷和全部的脱碳层，公差的大小与锻造设备和模具的制造、安装精度有关。依现有的加工能力和精度确定的锻件尺寸结构如图3所示。

图3 锻件尺寸结构图

3 材料消耗计算

锻件的材料消耗由4部分组成：外圈、内圈、料芯及火耗部分，即

G=(W1+W2+W3)(1+λ1)，

式中：G为下料质量，kg;W1为外圈质量，kg;W2为内圈质量，kg;W3为料芯质量，kg;λ1为火耗系数(中小型套圈中频感应加热可以忽略不计)。

锻件质量一般按公称尺寸加公差的一半进行计算，即按中间值计算下料质量，复杂的形状可以适当调整，下料质量公差依±1%计算。根据多年经验，参数的选择基本符合锻造的要求。本例产品计算出的质量分别为：W1=0.370 kg；W2=0.233 kg；W3=0.042 kg，合计下料质量G=(0.645±0.006) kg，实际下料质量公差可保证在±0.004 kg以内。

4 模具的设计

根据挤套辗扩的工艺特点，主要对套料、挤压、辗扩及整形工序模具进行设计，而常规的内圈挤压工艺不作介绍。

4.1 套料模具

套料工序是将内外圈用料分离成外圈坯料和内圈坯料。模具的作用是将内外圈坯料准确的分离,套料模具结构如图4所示。首先确定分离出内圈坯料所用凸模直径尺寸，然后根据凸模尺寸计算分离凹模内径尺寸，分离凸模直径为

d=[(W2+W3)×106/(6.165B)]1/2·

(1+λ2)=48 mm，

式中：d为分离凸模直径，mm；B为挤压成形高度，mm；λ2为热胀冷缩系数，通常取λ2=0.01(下同)。

1—分离下模；2—分离凸模；3—凸模压帽；4—退料压板；5—外圈坯料；6—分离凹模

由于外圈带台阶，挤压、套料都是在封闭式模具内进行，为了便于套料时坯料易于放入凹模，分离凹模要比挤压凹模尺寸大一些，因此挤压成形高度取锻件宽度最大值，即在锻件宽度基本尺寸的基础上再加1 mm，为19.7 mm，分离结束退料并平高。退料压板内径和分离下模内径均为d1，d1=d+(1～2) =49 mm；h为外圈台阶宽度，h=8.7 mm；H为外圈平高深度(平高深度为锻件宽度的基本尺寸)。

分离凹模内径采用分段计算方法，即

80.2 mm，

67.7 mm，

式中：D1n为锻件大外径中值 ，mm；D2n为锻件小外径中值，mm；dn为锻件内径中值，mm；δ为间隙调整量，一般取δ=0.3～1 mm(下同)。

4.2 挤压模具

挤压工序的目的是先锻造出外圈台阶的形状，以便于外径的辗扩成形，使材料流动更合理。挤压模具结构如图5所示。挤压凹模内径尺寸比分离凹模内径尺寸小一些，即

79.5 mm，

67.4 mm。

图5中h1为外径台阶深度，h1=h-δ=8 mm；H1为挤压件进入凹模深度，H1=H-δ=18 mm；d2为挤压凸模外径，d2=D3-δ=79.5 mm；d3为挤压冲垫外径，d3=D4-δ=66.5 mm。

1—挤压凸模；2—挤压件；3—挤压凹模；4—冲垫

4.3 扩孔模具

外圈带台阶锻件的辗扩模具主要是辗压轮和推力辊，辗扩模具结构如图6所示。其中

B=(1+λ2)Bn=18.9 mm，

C1=(D1n-dn)/2-δ=12.4 mm，

C2=(D2n-dn)/2-δ=6.9 mm，

C3=(D1n-D2n)/2=5.25 mm，

α=1.5°～3°，

式中：B为辗压轮槽底宽度，mm；Bn为外圈锻件宽度，mm。

图6 辗扩模具

4.4 整形模具

整形的目的是为了提高辗扩锻件的尺寸精度和几何形状。锻件车加工第1道工序中大外径为夹紧面，锻件整形后可提高精度，整形模具结构如图7所示。整形凹模内径为

D=(1+λ2)D1nmax=89.5 mm，

式中：D为整形凹模内径；D1nmax为锻件大端外径最大尺寸。

图7 整形模具

为了便于锻件放入整形凹模，凹模端口锥度β取6°左右，长度10 mm左右。整形凸模采用组合形式，节材且便于更换。

5 结束语

外圈带台阶轴承套圈挤套辗扩工艺的关键是外径台阶先行挤压成形，另外内外圈坯料分离的准确性以及正确的模具设计方法也尤为重要。文中设计的模具尺寸符合锻件设计要求，已经过大批量的生产验证。

该工艺方法改善了锻件的几何形状，使锻件断面形状最大限度地接近套圈形状，因此提高了材料利用率(与套锻辗扩工艺相比节材率达17%)，减小了机加工留量，提高了锻件的内部质量。经过辗扩的套圈晶粒致密，纤维流线好，从而延长了轴承的疲劳寿命。