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轴承套圈内六球道热挤压成形新工艺的研究 |
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作者：刘艳 赵建平 陈洪生 肖玉萍 |
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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。
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：
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。
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。 
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。
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)
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(4/1/2007) |
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