角接觸球軸承沖壓保持架工藝優化

王志偉,史卜太,趙培振,陳功名,代孝忠

(山東金帝精密機械科技有限公司，山東 聊城 252035)

角接觸球軸承可同時承受軸向載荷和徑向載荷，且能在高速工況下工作，廣泛應用于工業泵、齒輪箱、壓縮機、工業電動機、發電機、卡車、拖車、公共汽車、冶金等行業。傳統角接觸球軸承沖壓保持架工藝復雜，加工周期長，模具加工困難，加工成本高且質量不穩定，故需優化沖壓保持架加工工藝。

1 傳統保持架加工工藝及存在的問題

角接觸球軸承沖壓保持架結構如圖1所示，軸承裝配對保持架質量穩定性要求較為嚴格，影響保持架質量穩定性的關鍵參數為：小端外徑Dc1、大端外徑Dc、圓度及表面輪廓度。影響軸承回轉的關鍵技術參數為：球組節圓直徑、球中心徑圓度、保持架窗孔底高變動量Vhc、保持架梁寬變動量VBc、保持架窗孔位置度(窗孔中心相對于底面及中心的位置)、保持架徑向游隙等。

圖1 角接觸球軸承沖壓保持架結構示意圖

1.1 工藝路線

下料→拉伸→切底→沖孔→車邊→壓坡→表面處理→清洗→防銹→包裝。根據角接觸球軸承沖壓鋼保持架結構特點，需要設計拉伸、切底、沖孔、車邊、壓坡工裝夾具。

1.2 原模具結構

1.2.1 拉伸模具

拉伸模具如圖2所示，通過拉伸凹模和拉伸凸模沖壓拉伸成形，實現保持架外形尺寸加工。模具裝配簡單，便于維修。由于工序較長，工序轉換過程中需重復定位，保持架輪廓由于沖壓受力變化而產生超差，質量穩定性較差。

1—保持架;2—拉伸凹模;3—拉伸凸模。

1.2.2 切底模具

切底模具如圖3所示，將保持架放入定位板，機床上下行程完成，切底凸模、切底凹模閉合完成切底，卸料板將保持架從切底凸模退出。

1—卸料板;2—切底凸模;3—定位板;4—切底凹模;5—保持架。

1.2.3 沖孔模具

沖孔模具如圖4所示，機械式沖孔機模具結構簡單，模具加工周期短。保持架裝入彈簧夾頭后，沖孔沖頭向下運動，完成沖孔。老式沖孔機全部采用機械傳動，穩定性較差，保持架加工穩定性無法保證(采用三坐標測量沖孔后的半成品，保持架輪廓度及兜孔位置度90%不合格)，且不易實現自動化生產，加工成本較高。

1—保持架;2—彈簧夾頭;3—沖孔沖頭;4—沖孔凹模。

1.2.4 壓坡模具

壓坡模具如圖5所示，通過機床上下行程動作，壓坡凹模壓著壓坡凸模及保持架向下運動，由于芯軸固定，壓坡凸模順著芯軸角度向下、向外擴大，完成保持架壓坡。壓坡凸模引導面較長，工作面需采用仿形加工；壓坡凹模需與保持架外形符合，且需做壓坡凸模避位，該避位有角度要求：故壓坡凸模和壓坡凹模加工時需制作專用夾具，并采用雕刻機和線切割加工。模具加工復雜，加工周期長，且避位不一定滿足設計要求，給保持架質量控制帶來了很大風險，特別是壓坡時保持架與壓坡凹模開口接觸后，保持架輪廓變形，輪廓度100%超出技術要求而報廢。

1—退料板;2—壓坡凹模;3—壓坡凸模;4—芯軸。

2 優化工藝

2.1 優化后的工藝路線

下料、拉伸、切底→沖孔、壓坡→車邊→表面處理→清洗→防銹→包裝。

2.2 模具結構改進及優點

2.2.1 下料、拉伸、切底模具

將下料、拉伸、切底合為一道工序，模具結構如圖6所示：偏擺機送料到位后，機床滑塊下行，上模隨之運動，拉伸凹模與下料凹模完成下料動作；隨機床繼續下行，拉伸凹模與拉伸凸模形腔完成保持架拉伸成形；拉伸到位后，切底凸模工作，與拉伸凸模完成切底;最后滑塊上行，保持架在下退料作用下上升，上退料板使保持架退出切底凸模及拉伸凹模，實現下料、拉伸、切底。

1—上退料板;2—切底凸模;3—拉伸凹模;4—保持架;5—下料凹模;6—拉伸凸模;7—料帶。

優點：1)采用偏擺料帶送料機構，材料利用率達78%～82%，實現了自動化生產，降低了加工成本;2)模架采用四導柱結構，穩定性提高,上下模及加工基準位置統一，采用銷孔定位，上下模同軸度及位置度高，保證了保持架外徑變動量及合模間隙的一致性，使拉伸后的半成品輪廓度滿足技術要求;3)保持架底面為后工序加工定位基準，避免重復定位造成保持架穩定性較低。

注意事項：1)保持架底面為后序加工的定位基準，拉伸時保持架底面翹度應控制在0.03 mm以內；2)切底凸模高度低時實現不了切底，高度高時保持架底孔徑較大，最佳高度為上退料板高度+料厚+1 mm。

2.2.2 沖孔、壓坡模具

沖孔、壓坡模具如圖7所示，通過送料機把保持架裝入彈簧夾頭內，伺服電動機帶動模架前進，把保持架送至沖孔沖頭(圖8)與沖孔凹模(圖9)之間，機床滑塊下行，沖孔沖頭與沖孔凹模閉合，實現沖孔和壓坡。

優點：1)改變了機械傳動結構，采用直線導軌式氣動傳動及伺服電動機帶動，可實現自動化操作;2)由于存在多種限位機構，加工穩定，保持架質量穩定性明顯提高；3)模具裝卸方便，加工外徑范圍可達200 mm；4)沖孔沖頭與沖孔凹模全部采用精密機床仿形加工，仿形部位與保持架完全貼合，沖孔、壓坡后保持架無變形。

1—保持架;2—沖孔沖頭;3—沖孔凹模;4—彈簧夾頭。

圖8 沖孔沖頭

圖9 沖孔凹模

3 實際加工效果

檢測采用優化工藝加工的保持架各項技術指標，結果見表1，滿足技術要求,保持架質量穩定性、一致性明顯提高,同時降低了加工成本，具有良好的推廣應用價值。

表1 優化工藝加工的保持架技術指標檢測結果