轴承套圈锻造工艺优化设计的研究_耿道森

发布于:2021-06-22 12:46:11

第 8 卷第 2 期 2008 年 6 月

安徽水利水电职业技术学院学报
JOU RNA L OF AN H UI TE CH NICA L C OL LEGE OF W A TE R RESOU RC ES AN D H YDROE LE CT RIC POW E R

Vol . 8 No . 2 Jun . 2008

轴承套圈锻造工艺优化设计的研究
耿道森1 ,   刘承丽2
( 1. 安徽水利水电职业技术学 院 , 安徽 合肥  230601 ; 2. 黄山市丰乐水库工 程管理处 , 安徽 黄山  245900) 摘  要 : 重点阐述锻件结构及定额重量 , 通过对轴承套圈锻造工艺过程的优化设计 , 实现从锻件到模具的准确 传递 。 关键词 : 轴承套圈 ; 锻造工艺 ; 优化设计 中图分类号 : TG 316    文献标识码 : A    文章编号 : 1671 -6221( 2008) 02-0072-03

The reserch of optimized design on the process of forging of bearings rings
GENG Dao-sen1 ,  LIU Chen-li2
( 1. A nhui Technical Colleg e of Wa te r Resources and H ydroe lectric P ow er , Hefei 230601 , China ; 2. H uang shan City Eng ineering A dministratio n Bureau o f Fengle Rese rvoir Huang shan  245900 , China)

Abstract : T he premi se o f fi xed quantit y w eig ht and t he structure of f orgi ng a re elabarated , how t o achieve to deliver process accurat ely f rom f orging piece t o mo lding t ool by optimized desig n on the pro cess of f o rging o f bearing s ring s i s al so int roduced . Key words : bearing s ring s ; the process of fo rging ; o ptimized desig n 随着轴承套圈锻造在生产实际中的广泛应用 , 其快捷高效的工作特点越来越明显 , 但在不断的实践 中 , 也发现轴承套圈锻造过程设计与具体应用 、 工艺参数的确定 、 工装模具的设计与制作等方面 , 有待深 入研究 , 并进行优化设计的必要 。

1  轴承套圈锻造工艺必须遵循普遍的工艺设计原则
1. 1  重量不变的工艺设计原则 重量不变的原则具体表现在锻造过程中就是“ 相等重量” , 因此在工艺设计及生产过程中 , 要求一方 面要有适当足够的重量参与变形和成形 , 要充分考虑火耗 、 锻件余量及尺寸公差的实际状况 、合理配置 重量等 , 更为关键的另一方面就是要求明确工艺过程中不同温度状态下对尺寸( 体积) 的影响( 热变形系 数) , 从而准确设计出不同状态下的工序( 模具) 尺寸 , 上述两个方面是轴承套圈锻造工艺设计的关键 。 1. 2  完全圆整锻造缺陷的工序设计原则 锻造工艺过程 , 总是由多个锻造工序和工步组合而成 , 在各个锻造工序中 , 始终存在着各种各样的 锻造缺陷 , 这些缺陷如不能在锻造过程中得到充分完全的圆整 , 势必将复印到最终锻件成品中 , 从而形   
收稿日期 : 2007-09 -18 ; 修回日期 : 2007 - 12 -20 作者简介 : 耿道森( 1973 ) , 男 , 安徽怀远人 , 硕士 , 副教授 , 从事机械设计和液压传动技术教学与研究 。

第 2 期             耿道森 : 轴承套圈锻造工艺优化设计的研究

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成毛刺 、 凹坑 、 圆角等各种不同形式的外观缺陷 , 影响锻件质量 , 因此要求在锻造工艺设计方面尽量实现 较好的初始化毛坯条件 , 同时在一个锻造工艺设计中 , 必须具备较大的锻造变形量 , 以消除初始化毛坯 存在的各种缺陷 。 1. 3  同比例变形的过程设计原则 一个轴承套圈锻件成品一般都要经过多道次的毛坯逐点逐步锻造变形而获得 , 因此在毛坯的逐步 变形过程中 , 必须遵循各部位变化的比例相同 , 以消除各部位因剧烈的不成比例的变形而形成的毛刺 、 凹坑 、 圆角和夹皮等各种锻造缺陷 , 以及加工变形而存在的内部应力导致失圆变形 , 进而复印给下道车 削、 磨削工序 , 对轴承成品精度造成不良影响 , 这一点在轴承套圈工艺设计及具体调试生产的全过程中 , 必须引起足够的重视 。

2  轴承套圈套锻造工艺本身的特殊性
以内外圈双扩孔的套锻工艺设计为例 , 一般要经过下料 、加热 、镦粗套切 、涨孔压* 、 外圈扩孔 、整 径、 内圈预成形 、 切底 、 内圈扩孔这 9 道工序 , 而套切工序是套锻的关键工序 。 套切工序决定了内 、 外圈 锻造的初始毛坯条件 , 决定了内外圈的配重 、外圈的压*量及扩孔比 。 对最终成形的锻件有着至关重要 的作用 。 ( 1) 下料规格与镦粗比 。 在严格遵循定额重量设计要求的前提下 , 要特别重视材料规格和下料长径 比这一约束条件 , 从而实现镦粗料坯的最佳初始化尺寸 , 不致产生较大的镦粗鼓度 , 并顺利实现料坯在 套切模腔中径处的准确稳定的定位操作 , 不致产生因定位不准而形成的斜切现象 , 以及因此产生的壁厚 差、 毛刺和圆角缺陷 。 ( 2) 压*量及扩孔比 。 主要是 ① 扩孔比越大 , 消除毛坯缺陷的能力越强 , 充分辗扩后形成的锻件内 部组织致密 , 由于受到多重参数的制约 , 扩孔比不可能无限大的取值 , 反之扩孔比越小 , 消除毛坯缺陷的 能力就越弱 , 对前道工序仿形要求越高 , 提高了对前道工序的质量要求 , 增加了消耗 , 因此扩孔比的取值 不可能无限小 , 一般轴承套圈锻造规格 、 规范及生产实际经验要求扩孔比的取值范围在 1 . 2 ~ 1. 6 较为 合适 。 ②压*量的取值越大 , 涨孔压*后的毛坯表面形成的外观缺陷影响较大 , 要求适当大的扩孔比进 行充分辗扩消除缺陷 , 压*量的取值越小 , 对涨孔压*后毛坯表面形成的外观缺陷影响较小 , 因此较小 的扩孔比辗扩即能消除 , 但是比较小的压*量不足以消除套切形成的两端*面缺陷 , 也达不到涨孔的要 求 , 所以压*量不能取得很小 , 一般根据轴承套圈锻造规范及实际生产经验要求 , 压*量的取值范围在 15 %~ 25 % Cn 之间( Cn 为外圈锻件宽度包括半公差) 。 ③扩孔比和压*量的共同取值 , 既要分别符合 上述要求 , 相互取值的分布应符合线性同比分布这一规律 。 ( 3) 扩孔比与生产节奏 。 扩孔比的选取 , 直接决定扩孔机单件生产的单元时间 , 这一点在压力机与 扩孔机联成的生产线中 , 对生产定额的影响至关重要 , 因此扩孔比的确定在满足文章前述要求的前提 下 , 必须取最小值 。

3  关键工序设计思路
( 1) 优化设计合理配重( 套切工序内孔冲头直径的确定) 。 = f( Δ c 、K 、Cn 、E n 、 G) ( 1)

其中 , 为套切冲头直径 ; Δ c 为外圈压*量 ; K 为外圈扩孔比 ; Cn 为外圈锻件宽度 ; E n 为外圈锻件基准 孔径 ; G 为内圈坯料重量 。 式( 1) 是一个多元多次方程 , 各参数的取值存在下列约束条件是 : ①Δ c 取为( 15 %~ 25 % ) Cn ; ②K 取为( 1. 2 ~ 1. 6) ; ③G 取为( Cn +Δ c) ; ④ 取为 E n /K 且 = G/ 6 . 165 ×106 ×Ct 。

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      安徽水利水电职业技术学院学报               第8卷 通过上述运算可以确定 的最终取值 , 从而确定压*量扩孔比锻造工艺参数 。 ( 2) 可靠定位 , 准确配重( 套切工序凹模中径的确定) 。

D = Δ T G 01/ 6 . 165 ×10 ×Ct 其中 , D 为套切凹模中径 ; G01 为外圈锻件重量 ; Ct 为套切高度 。 由公式( 2) 可确定 D 值 。 Cd ( 镦粗料饼的高度) 、 Ct ( 外圈套切高度) 、 C′ t( 内圈坯料高度 3 个高度) 。

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( 2)

在可靠设计的前提下 , 实现准确配重的关键在于依据现场操作工的调试实现 , 在调试中必须注意 由于料段镦粗存在膨胀系数以及冲切过程中初始压*量的存在 , 因此定性地分析 , 三者之间存在 Cd > Ct , Cd > C′ t , Ct ≈ C′ t 的关系 , 实现 3 个高度的定量准确应满足以下两个约束条件 : ①料坯在套切凹 模中适当的定位稳定 ; ②复核( C′ t 内坯) 内圈毛坯料的重量 。 ( 3) 实现同比例变化( 套切工序凹模角度 的确定) 。 an = ak at bn = bk bt 套切工步小面壁厚 ; ak 为基准面扩孔前后变形系数 ; bk 为非基准面扩孔前后变形系数 。 依据同比例变形的原则要求 : ak =1 bk α= ( an 、 bn 、 D、 、 G)= arctg 确定同比例变形条件下的 ê 值 。 ( a n -bn )×( D -) ( an +bn)×Ct ( 5) ( 6) ( 3) ( 4)

其中 , an 为外圈锻件基准面壁厚 ; bn 为外圈锻件非基准面壁厚 ; at 为外圈套切工步大面壁厚 ; bt 为外圈

4  结束语
轴承套锻工艺的设计关键在于套切工序的设计 , 而套切工序参数的制订受到 G 、 、Ct 、Δ c 、K 、D 、α 多重参数的多重约束 , 在遵循一般锻造工艺参数设计原则的前提下 , 充分重视套锻工艺设计优化特殊性 的同时 , 结合实际调试生产以及模具设计制作的具体特点 , 综合兼顾产品质量与生产效率 , 充分实现理 论与实际 、 质量与效益的有效结合 , 科学准确有效地传递锻件到模具的过程 , 将能极大地发挥轴承套圈 锻造工艺本身潜在的先进性 , 并将在生产实践中不断得到优化 。 [参   考  文  献]
[ 1]  谢  懿 . 实用锻压技术手册[ M] . 北京 : 机械工业出版社 , 2003 . [ 2]  卜  炎 . 实用轴承技术手册[ M] . 北京 : 机械工业出版社 , 2004 . [ 3]  曹秀中 , 顾  立 . 轴承套圈锻造工艺优化设计[ J] . 轴承 , 2006( 3) : 16 -18 .

( 责任编辑   陈化钢)


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