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轴承套圈内六球道热挤压成形新工艺的研究
作者:刘艳 赵建平 陈洪生 肖玉萍
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冲压模具/锻压/冷镦模具展厅
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摘要:通过对轴承套圈挤压工艺的分析,研究了用热挤压方式一次成形轴承套圈内六球形滑道的方法,阐述了实现这种工艺的模具设计。
关键词:球形件;热挤压;模具设计

一、前言

轴承套圈与星形套组成汽车上等角速球笼式万向节,用在前驱动的轿车上。零件形状如图1所示。该种零件为杯—杆形梯形件,头部的杯体口部小、内腔大,在中间球形腔上均匀分布六个球形滑道。工作时,在六个球道处由六个球与星形套配合,是汽车上的转向零件。因为要求转向灵活自如,球道内表面尺寸精度高,六个球道的位置精度±3。

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图1轴承套圈零件图

我国传统的加工方法采用正挤压杆部、反挤压杯部,使杯体内部直径达到中间球形腔最小径向尺寸,为直壁圆筒,然后在专用设备上先铣出中间球形腔、再铣出六个球形滑道,热处理后精磨球道。这种加工方法的显著缺点是机械加工工时长,材料利用率低,生产成本高。目前,国外采用冷缩径工艺成形内六球道,将经过处理的反挤毛坯口部缩小,使杯体内壁与镶块式球形凸模贴模,其特点是成形后弹性恢复大,另外,由于是冷变形,所需变形力大,而且在冷缩径前需要对坯料进行表面处理和磷化处理,增加了一道工序。国内的生产厂家尚未采用这种工艺。基于这种情况,我们与厂家合作,共同研究了一套采用热挤压方式一次成形内六球道的工艺,设计出了实现该工艺的模具。

二、热挤压内六球道工艺分析

轴承套圈内六球道所在圆的直径为φ61.54mm,加上磨量和收缩率后直径为φ60.33mm,采用中频感应炉加热,无氧化皮,取尺寸公差为±0.50mm。在预成形的反挤工序中,杯部内直壁筒直径可达到φ48mm,这样,在挤压内六球道的工序中,需要单面挤出的最大尺寸为6.17mm,变形程度为:

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坯料材料为55号钢,它的Ψ许用=55%~68%[1],因为Ψ<Ψ许用,所以可以用反挤压的方式挤出六个球面。同时,每个球面的半径仅为R6.6mm,这样,挤出球面的凸模零件尺寸很小,为了保证凸模强度,采用热挤压来降低挤压力,选择始挤温度为1150℃,终挤温度为900℃。

轴承套圈挤压成形工序如图2所示。工艺过程:下料→加热→热挤压杆部、镦粗头部→反挤压头部成杯形→热挤压内六球形滑道。

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图2挤压成形工序图

三、热挤压内六球道受力分析

采用组合凸模挤压内六球道,挤压过程中,圆柱凸模的球面逐渐被压进坯料,随着接触面积和变形量的增大,变形力增大,在接近最大直径处,变形力达到最大值,假设接触面受均布载荷的作用,毛坯及圆柱凸模受力如图3所示。圆柱形凸模的直径大小既要满足自身的强度要求,又要保证凸模保持架的直径足够大,承受六个圆柱凸模同时的压力,经优化设计后,对选取的零件尺寸进行强度校核满足要求。

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图3毛坯及圆柱凸模受力图

四、热挤压内六球道模具设计

热挤压内六球形滑道模具设计是整个工艺成败的关键,在此我们设计了具有双动功能的模具结构。模具结构如图4所示。

挤压时,凸模保持架1首先下行接触毛坯,由前端的锥形面定位在毛坯中央,此时,圆柱凸模3已经与毛坯接触在I的位置。随后凸模2推动圆柱凸模3沿着凸模固定架1的弧面运动,由初始位置Ⅰ到终了位置Ⅱ。由于在圆周方向均布六个小球,在一次工作行程中能同时压出六个球道,保证了六球道的位置精度。回程时,凸模先上行,然后凸模固定架带动圆柱凸模沿着已成形的球道滚动,退出挤压件的内球道。

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图4热挤压内六球道模具结构图
1.凸模保持架2.凸模3.圆柱凸模
4.坯料5.凹模6.凸模固定板7.凸模垫板

在工作过程中,圆柱凸模始终处于高温动载状况,属于易损件,因而将凸模做成组合形式,便于更换。其次,由于圆柱凸模端面为球形,在挤压坯料时为弧线接触,逐渐压入,所承受的变形力小,有益于延长模具寿命。另外,模具结构简单,适合于实际生产,可以尽快转变为经济效益。

参考文献
[1]刘廷宇等.锻压技术手册.北京:国防工业出版社,1989.
[2]洪深泽等.挤压工艺及模具设计.北京:机械工业出版社,1996.
[3]李洪波等.球形壳冷缩径工艺及模具.模具工业,1997(9).(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (4/1/2007)
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