圆锥滚子轴承外圈冷挤压外模的改进设计

徐耀良，叶泳，栾柏松

(浙江四通轴承集团有限公司 技术中心，浙江 衢州 324200)

冷挤压、热锻是中小型圆锥滚子轴承套圈毛坯成形的常用方法[1]。冷挤压套圈滚道面由于断面流线与滚道工作面方向一致，在车加工时材料的纤维方向不被破坏,冷挤压后组织致密，对提高套圈寿命有利;而且冷挤压后产品尺寸统一,可实现精密化、流水线生产。

1 冷挤压外模存在的问题

圆锥滚子轴承外圈冷挤压原理如图1所示。液压机通过凸模挤压毛坯，通过外模和内模的位置限制获得理想形状的套圈毛坯；挤压成形后液压机回程，推料杆推动退料筒顶出套圈毛坯。

图1 冷挤压原理图

改进前套圈冷挤压外模采用M200×2mm大

螺母锁紧底筒以固定外模，结构复杂、笨重，定位精度低，拆装困难；毛坯进入外模没有导向，存在安全隐患；冷挤压产品由于挤压时外径胀大，发热，脱模困难，易造成退料时停机；外模材料或热处理不当，易开裂。

2 改进措施

2.1 材料

针对原外模易磨损、开裂的问题，对外模进行受力分析(图2)。冷挤压过程中，外模受轴向压力为0，外模主要承受套圈扩张时径向压力P，在任意半径r处受压产生径向应力σt和切向应力σr。外模任意r处所受径向应力大于模具材料的单向拉伸屈服强度时，外模将产生塑性变形，出现开裂。增大外模外径r2与内径r1的比(外模直径比a)可增强外模的强度，但当外模直径比a>5时，不宜再采用增加外模壁厚的办法来提高外模强度，需要通过改善材料本身的抗拉强度予以解决[2]。

图2 冷挤压时任意r处应力分布

外模材料选用GCr15钢，通过反复试验，确定高温淬火(860 ℃±10 ℃，水冷)+低温回火(170 ℃±10 ℃)的热处理方案，热处理后外模表面硬度达到63～65 HRC，心部仍保持较好的塑性。以L44610套圈冷挤压为例，连续挤压生产3万件，模具未发生磨损。

2.2 外模结构

针对改进前冷挤压外模存在的问题，经过试验，改进采用整体式外模，结构如图3所示。采用3个M16螺杆直接把外模固定在底筒上，通过3个M12螺杆顶紧固定套防止内模轴向窜动，改进后拆装方便，定位准确，调整简洁。

图3 改进后整体式外模

其中，针对生产过程中毛坯难定位,产品脱模困难、易停机的问题,在外模的入口处设计了7 mm长的3°喇叭口，以利于毛坯进入型腔实现定位；在挤压区设计了一个0.05 mm的小锥度，减轻了冷挤压后产品脱模的阻力，使退料更顺畅，改进后没有再发生退料时设备停机的问题。

3 改进效果

以L44610套圈冷挤压为例，采用改进后外模加工的套圈各项精度指标见表1。冷挤压套圈外径、滚道、滚道角度差等精度得到很好的保证，尺寸统一性好；套圈宽度尺寸因钢管毛坯的误差而差异较大，在后续车加工时容易给予纠正。

表1 L44610冷挤压套圈检验结果

通过对外模热处理方法和结构的改进，解决了模具易磨损、开裂；冷挤压模具结构复杂、笨重；毛坯挤压时缺少导向，定位精度低；脱模时易停机，调整复杂等难题。对于中小型轴承内、外圈冷挤压的生产具有较好的借鉴意义。