轴承套圈内六球道热挤压成形新工艺的研究横切刀

轴承套圈内六球道热挤压成形新工艺的研究

轴承套圈内六球道热挤压成形新工艺的研究 2011： 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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