李兴坤
摘 要 本文在研究中以轴承套圈锻造加工系统为核心,分析轴承套圈锻造加工工艺,提出轴承套圈锻造工艺系统结构设计,保证轴承套圈锻造加工系统的高效运行,进而为相关研究人员提供一定的借鉴和帮助。
关键词 轴承套圈;锻造加工;系统;结构设计
中图分类号 TG3 文献标识码 A 文章编号 2095-6363(2017)17-0162-02
1 轴承套圈锻造加工工艺
轴承属于机械基础元件,这为轴承制造业提供巨大的市場前景,轴承包括套圈、滚动体、保持器等内容,如图1所示,锻造加工工艺主要通过锻压机械对金属环料施加适当压力,使得金属环料产生塑形变形,以此获得机械性能,满足加工形状和加工尺寸的质量指标。
1.1 备料阶段
这一阶段主要将原材料根据要求切割成料段,为了保证下料形状与重量的精准度,一方面要对棒料进行径向压紧,另一方面则要提高剪切速度,使用单点机械压力机或者是油压机辅助模具剪切下料,由于下料质量会受到剪切时棒料轴向窜动与翘曲的阻碍,工作人员可以尝试以下两种剪切模具,一是套筒式剪切模,即使剪切定刀片和动刀片的形状与棒料截面形状相同,以限制剪切时棒料的翘曲和刀片对棒料剪切时的压扁,同时对冷下料重量误差可控制在2%以内,端面倾斜度小于30°,使剪切质量得到明显提高;二是约束剪切模,即以径向夹紧的方式使棒料的翘曲、轴向窜动和切口压扁均受到限制,这种方式有的仅在定刀端夹紧,有的在定刀端和动刀端均予以夹紧,其夹紧方式有气缸式的,也有机构联动的。刀片均采用与棒料截面形状相同的形状,另外,这种模具还可带有自动送进装置,可以提高加工效果。
1.2 锻造成型
这一阶段主要加热料段,并使用锻压设备进行锻造,使其形状和尺寸达到加工要求。通过锻造加工可以消除金属内在缺陷,改善金属组织,使金属流线分布合理,进而有效提升轴承套圈的金属紧密度。我国轴承制造业以热锻加工为主,在实际加热中,要对金属坯料加热温度进行准确测量,降低设备吨位,保证锻件质量,进而达到降低能耗的目的。工业上以燃气加热和中频感应加热为主,燃气加热方式以燃气炉为加热设备,各种形状与尺寸的燃气炉有很多,工艺范围局限在模锻和自由锻,主要生产单体或成批轴承套圈,具有适应生产能力变化性较强的特点;中频感应加热方式以中频感应加热炉为加热设备,仅限尺寸为20mm~150mm的棒料,可以大批量生产,工艺范围为模锻、轧制热冲压,具备加热速度快、自动化程度高的特点。
1.3 锻后处理
这一阶段主要检查锻件,及时剔除废品,对质量或是参数不符合要求的锻件进行返修,采用锻后热处理的方式清理锻件表面,以满足轴承套圈锻造加工要求。锻造变形要符合剪应力定律、最小阻力定律、体积不变定律、在塑性变形时存在弹性形变定律,合理改善轴承套圈内部组织,提高钢的强度、塑性、冲击韧性等多种机械性能,进而提高轴承套圈锻造加工的综合质量水平。值得注意的是钢的性能变化和组织变化相关联,在进行轴承套圈锻造加工的过程中,要选择塑形高、变形抗力强的锻件,合理控制加热温度,使其控制在可允许温度范围中,不会出现过热或是过烧的情况。
2 轴承套圈锻造加工系统结构设计
2.1 加热单元监控系统
加热单元监控系统主要对自动料架上方钢棒进行加热,钢棒在储存库出库后,直接运输至自动料架上方,而自动料架包括两个区域,一是送料槽,安装滚轮促动棒料的向前运行;二是备料区,送料槽将钢棒运送到炉膛后进行加热,备料区会储存定量钢棒,成斜坡状,待钢棒加热剪切后,会即可运送到送料槽空闲处,阻碍开关,通过自身重力向前滚动到送料槽处进行下一根棒料加热与剪切。在自动料架将棒料输送到中频感应炉中后,系统自动对棒料进行加热,为了提高加热效率与温度稳定性,一般将多段炉进行串联,使得棒料经过多个炉膛逐步加热,当棒料运送到最后炉膛口时,棒料温度就是初锻温度。
2.2 剪切单元控制系统
这一控制系统主要对备料阶段进行控制和监督,通过压力机把初锻温度适宜的棒料进行剪切,使其满足加工质量指标。由于轴承套圈锻造加工对剪切力量、剪切速度和剪切周期有较高要求,为了满足每分钟切40件的需求,本文选择5MN机械曲柄单点闭式压力机。在实际操作中,工作人员以段料质量和断口平整度为质量检测指标,判断料段剪切水平。同时,为了提高操作效率,工作人员在进行下料剪切中,要提前对下料质量、形状和尺寸进行综合测量,选择符合要求的料段开展下一工序,并对剪切模具进行身份代码编制,使得剪切单元控制系统可以自动记录模具使用频率和实际情况,对模具质量进行监控,一旦超出使用寿命立即更换,以防止对轴承套圈锻造加工过程造成
影响。
2.3 料段镦饼单元控制系统
料段镦饼单元控制系统主要通过压力机把下料合格料段冲压为饼状,使用压力机挤压料段,使得料段在四周自由状态下形成塑性变形,选择锻造过程压力最小的设备,例如1.6MN机械曲柄单点闭式压力机。为了为后续加工工序奠定基础,料段镦饼单元控制系统要自动对加工后的饼状工件进行综合检测,检测合格的饼状工件才能进行下一道加工程序,并对镦饼模具进行身份代码编制,使得料段镦饼单元控制系统可以自动记录模具使用频率和实际情况,对模具质量进行监控,一旦超出使用寿命立即更换,以防止对轴承套圈锻造加工过程造成影响。
2.4 冲孔成环单元监控系统
冲孔成环单元监控系统主要借助压力机把合格碗状工件冲压成环状,在此过程中的材料剪切要保证剪切部位厚度较小,并对设备压力存在质量要求,此冲孔成环单元监控系统选择2.5MN机械曲柄单点闭式压力机。为了为下一加工环节奠定基础,系统要自动对环状零件形状与加工温度进行检测,保证轴承套圈锻造零件的质量,并对冲孔模具进行身份代码编制,使得冲孔成环单元控制系统可以自动记录模具使用频率和实际情况,对模具质量进行监控,一旦超出使用寿命立即更换,以防止对轴承套圈锻造加工过程造成影响。
3 结论
本文通过对轴承套圈锻造加工系统结构设计的研究,得出:
1)在进行轴承套圈锻造加工过程中,其加工流程包括备料阶段、锻造成型以及锻造处理,这3个阶段具备层次性,每一道工序的质量直接关系到下一加工环节,要求工作人员要做好质控工作。
2)为了保证轴承套圈锻造加工质量,要从加热系统、剪切系统、料段镦饼系统以及冲孔成环系统等方面入手,构建轴承套圈锻造加工系统,提高加工过程的有序性和规范性,进而保证加工质量。
参考文献
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