汽車用深溝球軸承套圈冷輾擴工藝設計

劉梅華，利義旭，楊耀祥

(廣東省韶鑄集團有限公司，廣東韶關 512031)

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汽車用深溝球軸承套圈冷輾擴工藝設計

劉梅華，利義旭，楊耀祥

(廣東省韶鑄集團有限公司，廣東韶關 512031)

摘要：闡述了汽車用深溝球軸承套圈冷輾擴工藝的輾擴圖、毛坯圖、輾擴模具的設計，對設計過程中遇到的問題進行分析和總結，逐步完善了深溝球軸承套圈冷輾擴件的鍛造工藝及冷輾擴工藝。

關鍵詞：深溝球軸承套圈；高速鐓鍛件；冷輾擴工藝

0引言

汽車軸承號稱“汽車產業的關節”，需要轉動的部件都離不開軸承，例如汽車發動機、變速器、輪轂等。雖然只是一個小零件，但它是汽車傳動的基礎，更是關系到整車的可靠性、安全性和舒適性，其作用巨大。一般汽車軸承在高轉速、高溫的狀況下運轉，所以要求軸承套圈抗疲勞、耐磨損、壽命長。

某公司采用“高速鍛造+冷輾擴”組合工藝生產深溝球軸承套圈鍛件，在高速鐓鍛機上鍛出內外徑尺寸小的高速鐓鍛件，通過冷輾擴設備，輾擴出與深溝球軸承套圈形狀接近的產品。采用這種方式生產深溝球軸承套圈，鍛件料芯小，材料利用率高；輾擴后產品的寬度、形位公差一致性好，加工余量小，同時鍛件金屬材料的晶粒組織更加致密，溝道處金屬流線合理，后序加工流線斷頭少，提高了套圈的抗疲勞強度與耐磨性。用這種工藝生產的軸承套圈更能滿足汽車軸承的要求。下面以公司生產的某一汽車用深溝球軸承套圈為例介紹該工藝。

1深溝球軸承套圈鍛件工藝設計步驟

1.1冷輾擴圖設計

根據零件圖按照適合冷輾成型規律、保證質量穩定、盡量減少后續加工余量的原則設計冷輾擴件圖，工件材質為GCr15，冷輾擴件設計見圖1，冷輾擴件的形狀基本按其零件形狀確定。鍛件端面脫模角度為5°，鍛件最小余量單邊0.45～0.85 mm，內、外套圈溝道處做成梯形方式。冷輾擴件具有尺寸精度高、表面質量好的特點。整徑后輾擴件外徑尺寸公差小于±0.1 mm，圓度小于0.1 mm。

圖1　冷輾擴圖

1.2輾擴比確定

輾擴比K是輾壓前毛坯壁厚與輾壓后工件壁厚之比，考慮到計算方便，實際設計中按冷輾擴件內徑與毛坯內徑之比計算輾擴比K：

K=dn/dm

式中：dn為冷輾件內徑；dm為毛坯內徑。

對于輾擴比的取值，要綜合考慮冷輾件尺寸、模具尺寸、成型完全、節材、生產效率等因素。對于深溝球軸承套圈，一般輾擴比取值范圍為K=1.2～1.7。在此例中內圈選用的最大輾擴比為1.49，外圈選用的最大輾擴比為1.51。

1.3冷輾擴前毛坯設計

冷輾擴前毛坯的形狀設計考慮到方便高速鐓鍛成形及輾擴件材料的分配。

(1)毛坯內徑dm的確定。根據冷輾擴件的內徑尺寸及選定的輾擴比計算出毛坯的內徑。

dm=dn/K

(2)毛坯寬度Bm的確定。根據冷輾擴件的寬度及輾擴比確定毛坯寬度。一般情況下:

Bm=Bn-Δ

Δ=0.1～0.3

Δ取值與輾擴比、輾擴件寬度有關，輾擴比大和(或)輾擴件寬度寬時取大值，反之則取小值。

(3)再依據冷輾擴前后鍛件體積(質量)不變及冷輾擴前后鍛件對應截面積近似不變的原理，計算出鍛件的外徑尺

寸，設計冷輾擴前毛坯。冷輾擴前毛坯圖如圖2所示。

圖2　輾擴前毛坯圖

輾前毛坯設計成圖2所示的形狀，是因為這種形狀適合高速鐓鍛設備生產，成形難度小，模具結構簡單。

1.4輾前毛坯鍛造工藝設計

根據GCr15的熱縮收量計算終鍛成形毛坯的熱態尺寸，再根據高速鐓鍛機的特點確定其成形工步，鍛造工藝見圖3。

圖3　輾前毛坯鍛造工藝圖

通過中頻加熱爐加熱，在高速鐓鍛機上同步進行剪切下料、鐓粗、終鍛、分套、沖孔，生產出輾前毛坯。采用高速鐓鍛機進行輾前毛坯生產具有高效率、高質量及節能、節材等特點。

1.5冷輾擴模具的設計

輾擴時，工件通過導料槽導入輾輪型槽，芯輥穿過工件內孔后開始輾擴。輾擴中模具和被輾擴的工件都在旋轉，模具對鍛件進行連續的、局部的擠壓變形。冷輾模具設計是此工藝的重要環節。根據工件最小壁厚尺寸來確定輾輪及芯軸的型槽深度。

(1)輾輪型面設計。以內圈輾輪型面為例說明，見圖4。

輾輪型槽深度H。輾輪在輾擴成形過程中起主導作用，因此深溝球軸承套圈冷輾件輾輪的型槽深度應大于鍛件的壁厚a一半以上，且盡可能加大輾輪的型槽深度，這樣可避免冷輾件端面起毛刺，且保證鍛件在冷輾擴時的穩定性。

脫模角度α。深溝球軸承套圈在冷輾擴時，穩定性較好，因此脫模角度選5°即可。

圖4　輾輪型面

型槽寬度B。型槽寬度的選擇應考慮冷輾件的最小高度、脫模回彈量及模具的彈性變形。

B=Bns-ΔB-ΔB′

式中：B為輾輪槽寬最小值；Bns為冷輾件最小寬度；ΔB為脫模回彈量，一般在0.02～0.05 mm；ΔB′為模具的彈性變形，一般在0.02 mm。輾輪槽寬度的確定還應考慮毛坯的高度，相差過大易造成內徑尺寸偏差及端面不平。

輾輪型面中間凸臺部分依據內圈溝道尺寸設計。

(2)芯輥型面設計。以外圈芯輥型面為例說明，見圖5。

圖5　芯輥型面

芯輥φA直徑比毛坯內孔最小直徑小2.5～3 mm，芯輥型面寬度B比輾輪寬度寬0.3～0.6 mm，芯輥型面深度T一般為1～3 mm，以保證芯輥強度和不超閉合尺寸來設計。

芯輥型面中間凸臺部分依據外圈溝道尺寸設計。

2冷輾前毛坯的預處理

(1)冷輾前毛坯按GCr15鍛件進行退火，毛坯硬度HRB85～90。

(2)對冷輾前毛坯進行雙端面磨削，保證毛坯寬度一致。

(3)冷輾前毛坯表面拋丸去氧化皮。

3結束語

深溝球軸承套圈冷輾工藝的技術特點是通過高速鐓鍛機生產合適的輾前毛坯，再通過冷輾擴設備輾擴、整徑的方法，將輾前鍛件變成冷輾擴件。在工藝設計中，通過選擇合適的冷輾擴比，來保證冷輾擴后鍛件的內部質量，同時達到節約原材料的目的；冷輾壓變形后，金屬材料的晶粒組織更加致密，溝道部位金屬流線良好，提高了汽車軸承的抗疲勞強度和耐磨性，軸承壽命增加1～2倍；通過冷輾擴模具的優化合理設計，保證了輾擴件的高度、形位公差及表面質量，使顧客后序加工的成本更低。

對此類產品的鍛造工藝及冷輾擴工藝作者所在公司已經積累了豐富的經驗。目前，公司已開發并形成批量生產的深溝球圈冷輾擴件有五十多個型號，取得了較好的經濟效益。

參考文獻:

【1】張猛，賈占泉.輾環 鍛壓手冊：第一卷 鍛造[M].北京：機械工業出版社,1993.

Design of Cold Rolling Process for Deep Groove Ball Bearing Ring of Automobile

LIU Meihua,LI Yixu,YANG Yaoxiang

(Guangdong Shaoguan Foundry and Forging Group Co., Ltd., Shaoguan Guangdong 512031,China)

Abstract:The designs of automotive deep groove ball bearing ring’s cold rolling drawing, blank drawing, and cold rolling tooling were introduced. The problems encountered during development process were analyzed and summarized. The forging process and cold rolling process of deep groove ball bearing ring were improved gradually.

Keywords:Deep groove ball bearing ring；High speed forging part；Cold rolling process

收稿日期：2015-10-16

作者簡介：劉梅華(1969—)，女，大學專科，工程師，研究方向為高速鐓鍛和冷輾擴。E-mail：szjdjsk888@163.com。

中圖分類號:TG376.3

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1986(2016)01-046-03