冲压钢制筐形保持架成形皱折现象解决方法

王志伟，王玉良，杨建文，黄健，焦世杰

(1. 洛阳轴承集团保持器有限责任公司，河南 洛阳 471003；2. 洛阳轴承研究所有限公司，河南 洛阳 471039)

随着装备市场环境及整机性能的不断变化，需要承载能力强，工况适应能力高，高技术含量，高附加值的轴承为之配套，随之对一些宽度大，承载载荷大，作用力角度小的保持架产品的加工也带来了困难和挑战[1-2]。由于保持架成形时变形量大，冲压机往返速度快，钢板快速塑形变形，保持架成形后容易出现皱折现象；而GB/T 28268—2012《滚动轴承 冲压保持架技术条件》明确规定，保持架表面不允许有裂纹、皱折等外观质量问题[3]。因此，为解决皱折问题对产品质量的影响，从保持架材料、模具及设计方法等方面进行分析和现场生产跟踪[4-5]。

1 保持架材料对皱折的影响

冲压保持架对材料强度、表面状态质量、化学成分、金相组织、材料厚度公差等均有较高的要求。详细指标包括：有较好的塑性，延伸率一般不低于26%；具有良好的耐磨性和强度，极限强度为280～420 MPa；金相组织均匀，晶粒度为5～8级，无游离状态碳化物集中现象；S，P杂质含量在0.045%以下，含碳量为0.05%～0.15%等。

根据GB/T 28268—2012对材料的要求，各类钢制冲压保持架可采用08，08AL，10，DC01，DC04等材料(表1)。但不同材料(主要是含碳量)对成形皱折有很大影响，长期实践总结显示，同一型号保持架产品在相同模具、压力机等条件下，材料含碳量低易皱折，含碳量较高则不易皱折；对保持架宽度较大或角度较小的产品，宜选用含碳量为0.05%以上的钢板。

表1 保持架材料化学成分Tab.1 Chemical composition of cage material w，%

材料表面质量对保持架成形皱折有重要影响，要求钢板表面不得有裂纹、拉裂、气泡、折叠、夹杂、结疤和压入氧化皮，钢板不得有分层；钢板表面一定要平整，不能有表面波浪现象，否则，成形时保持架的皱折几乎不可避免。

2 冲压保持架皱折问题改进措施

钢制冲压保持架由料饼成形,是由外向内变形的一个过程，内部变形量小，外部变形量大，料饼变形过快是出现保持架端部皱折的主要原因。同一材料及压力机下，解决保持架皱折问题主要是减慢料饼的变化速度和控制料饼边缘的变形过程。因此，从保持架加工模具及设计方法入手提出皱折问题的解决方法。

2.1 中小型保持架皱折问题

中小型保持架通常采用切料成形加工方法，机床设备选用400 t以下冲床，配套模具采用弹簧套筒或压力弹簧结构，由于冲压机床特性，料饼弯曲塑形变形较快，对于宽度较大、接触角较小及端部为直边的保持架，料饼变形量较大，容易出现保持架皱折现象。因此，为避免该问题的出现，可采用加大模具压边力(压紧力)及减慢料饼边缘成形过程的方法。改进设计中小型保持架成形模具结构如图1所示。通过对330XX，323XX系列保持架加工跟踪发现：采用改变成形凹模的刃口尺寸，调整成形凹模的刃口宽度及卸料环料饼定位深度，使料饼高于卸料环端面，可以增加与料饼的接触面积；同时，增加弹簧的压力，使料饼边缘的压边力增大，料饼成形时端部处于受力状态，料饼边缘成形过程相对减慢，保持架端部皱折现象消除。

1—成形凹模；2—卸料环；3—顶板；4—弹簧图1 中小型圆锥滚子轴承保持架切料成形模Fig.1 Cutting forming mold of small and medium size tapered roller bearing cage

2.2 特大型保持架皱折问题

特大型冲压保持架加工由于模具和机床尺寸较大，通常使用的模具没有下料装置，可采用加大模具成形半径R及高度放大量，减小料饼摩擦力的方法，避免保持架成形端部皱折现象。

如特大型圆锥滚子轴承保持架(图2)通常采用调整凹模的设计尺寸的方法，加大凹模半径R及高度放大量，R取值为(20～25)s(s为料厚)，高度放大量取为(1/3～1/2)Bc(Bc为保持架公称宽度)；同时加大凹模的开口尺寸，使开口尺寸大于料饼的外径，减小料饼与凹模的摩擦力，保证料饼成形过程减慢，避免成形时皱折。

1—凸模接头；2—凸模；3—卸料环；4—凹模图2 特大型圆锥滚子轴承保持架一次成形模Fig.2 Once forming mold of extra large size tapered roller bearing cage

2.3 材料表面不平整及保持架角度问题

材料表面存在波浪,材料含碳量较低以及保持架成品角度过小的一次成形皱折问题，通常保持架端部会出现多处大波浪形状皱折，造成产品报废,模具工作面损伤，问题较为严重。

对此可采用二次成形的方法(图3)，初成形时外角放大到18°～25°，R1取为(2～5)s；同时去掉保持架端部直边，减小料饼的变化量，可有效避免保持架皱折现象。

图3 特大型圆锥滚子轴承保持架成形模具Fig.3 Forming mold of extra large size tapered roller bearing cage

3 结束语

通过对冲压筐形保持架皱折现象进行分析，从材料、成形模具及模具设计方法角度提出改进措施，实践证明，该措施可有效避免或消除皱折问题，从而有利于保证保持架后工序的加工及保持架质量。此类改进方法通过对密封罩、不锈钢防尘盖等冲压产品的试制跟踪证明，可以推广应用于其他冲压件产品的成形设计中。