圓錐滾子軸承外圈冷擠壓外模的改進設計

徐耀良，葉泳，欒柏松

(浙江四通軸承集團有限公司 技術中心，浙江 衢州 324200)

冷擠壓、熱鍛是中小型圓錐滾子軸承套圈毛坯成形的常用方法[1]。冷擠壓套圈滾道面由于斷面流線與滾道工作面方向一致，在車加工時材料的纖維方向不被破壞,冷擠壓后組織致密，對提高套圈壽命有利;而且冷擠壓后產品尺寸統一,可實現精密化、流水線生產。

1 冷擠壓外模存在的問題

圓錐滾子軸承外圈冷擠壓原理如圖1所示。液壓機通過凸模擠壓毛坯，通過外模和內模的位置限制獲得理想形狀的套圈毛坯；擠壓成形后液壓機回程，推料桿推動退料筒頂出套圈毛坯。

圖1 冷擠壓原理圖

改進前套圈冷擠壓外模采用M200×2mm大

螺母鎖緊底筒以固定外模，結構復雜、笨重，定位精度低，拆裝困難；毛坯進入外模沒有導向，存在安全隱患；冷擠壓產品由于擠壓時外徑脹大，發熱，脫模困難，易造成退料時停機；外模材料或熱處理不當，易開裂。

2 改進措施

2.1 材料

針對原外模易磨損、開裂的問題，對外模進行受力分析(圖2)。冷擠壓過程中，外模受軸向壓力為0，外模主要承受套圈擴張時徑向壓力P，在任意半徑r處受壓產生徑向應力σt和切向應力σr。外模任意r處所受徑向應力大于模具材料的單向拉伸屈服強度時，外模將產生塑性變形，出現開裂。增大外模外徑r2與內徑r1的比(外模直徑比a)可增強外模的強度，但當外模直徑比a>5時，不宜再采用增加外模壁厚的辦法來提高外模強度，需要通過改善材料本身的抗拉強度予以解決[2]。

圖2 冷擠壓時任意r處應力分布

外模材料選用GCr15鋼，通過反復試驗，確定高溫淬火(860 ℃±10 ℃，水冷)+低溫回火(170 ℃±10 ℃)的熱處理方案，熱處理后外模表面硬度達到63～65 HRC，心部仍保持較好的塑性。以L44610套圈冷擠壓為例，連續擠壓生產3萬件，模具未發生磨損。

2.2 外模結構

針對改進前冷擠壓外模存在的問題，經過試驗，改進采用整體式外模，結構如圖3所示。采用3個M16螺桿直接把外模固定在底筒上，通過3個M12螺桿頂緊固定套防止內模軸向竄動，改進后拆裝方便，定位準確，調整簡潔。

圖3 改進后整體式外模

其中，針對生產過程中毛坯難定位,產品脫模困難、易停機的問題,在外模的入口處設計了7 mm長的3°喇叭口，以利于毛坯進入型腔實現定位；在擠壓區設計了一個0.05 mm的小錐度，減輕了冷擠壓后產品脫模的阻力，使退料更順暢，改進后沒有再發生退料時設備停機的問題。

3 改進效果

以L44610套圈冷擠壓為例，采用改進后外模加工的套圈各項精度指標見表1。冷擠壓套圈外徑、滾道、滾道角度差等精度得到很好的保證，尺寸統一性好；套圈寬度尺寸因鋼管毛坯的誤差而差異較大，在后續車加工時容易給予糾正。

表1 L44610冷擠壓套圈檢驗結果

通過對外模熱處理方法和結構的改進，解決了模具易磨損、開裂；冷擠壓模具結構復雜、笨重；毛坯擠壓時缺少導向，定位精度低；脫模時易停機，調整復雜等難題。對于中小型軸承內、外圈冷擠壓的生產具有較好的借鑒意義。