CN117900365A - 一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法 - Google Patents

Abstract

一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法，本发明属于异形偏心球轴承套圈锻造领域。本发明要解决现有异形偏心球轴承套圈锻件存在沟道金属流线调控难度大，锻件成形抗力大，对锻造模具要求高的问题。方法：一、模内镦粗；二、局部约束镦粗；三、校形镦粗；四、冲孔‑切底‑扩孔‑辗扩。本发明用于异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗。

Description

一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法

技术领域

本发明属于异形偏心球轴承套圈锻造领域。

背景技术

轴承套圈锻造成形过程一般包括镦粗-冲孔-切底-扩孔-辗扩，由于锻造过程组织具有遗传性，镦粗过程对后续工序的锻件组织及性能有决定性作用。尤其是异形结构的轴承套圈锻件，其成形更需要对镦粗变形进行精确控制。一般地，在镦粗工序，需要将棒料的高度大幅降低，以保证足够的变形量，细化组织。而在这个过程中，金属流线随着变形量增大而发生弯曲，一般弯曲的地方位于棒料的中间位置。对于异形偏心球轴承套圈来说，金属流线弯曲的位置与锻件沟道位置差异较大，必然存在锻件金属流线在沟道位置露头。导致早期失效的风险增加，影响轴承的使用寿命，无法满足高端异形偏心球轴承对套圈锻件组织和性能的要求。

异形轴承外径通常设有安装边，常见安装边部分的壁厚较小，如果靠一步镦粗成形，所需的成形力较大，对锻造模具材质和寿命的要求高，不仅影响生产成本，同时一步镦粗成形变形抗力大，容易造成坯料与模具长时间接触导致坯料温度降低，增加坯料开裂的风险，影响产品质量。

发明内容

本发明要解决现有异形偏心球轴承套圈锻件存在沟道金属流线调控难度大，锻件成形抗力大，对锻造模具要求高的问题，而提供一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法。

一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法，它是按照以下步骤进行：

一、模内镦粗：

将棒料置于镦粗组合模具内进行模锻；所述的镦粗组合模具由镦粗上模、镦粗下模和镦粗外套组成，所述的镦粗外套套接于镦粗上模及镦粗下模外部；模锻过程中镦粗上模向下运动，直至镦粗上模定位点与镦粗外套上端平齐，达到预定变形量，得到外径带凸台的坯料；

设棒料的高度为H，直径为d，镦粗下模内径为d₁，镦粗下模高度为h₁，外径带凸台的坯料高度为H₁；

二、局部约束镦粗：

将外径带凸台的坯料凸台下部置于局部约束镦粗下模内进行锤上镦粗，镦粗过程中利用垫块控制外径带凸台的坯料上部高度，得到局部约束镦粗后的坯料；

设局部约束镦粗下模内径为d₂，局部约束镦粗下模高度为h₂，局部约束镦粗后的坯料高度为H₂，d₁+3mm≤d₂≤d₁+10mm，h₂≤h₁-10mm；

三、校形镦粗：

将局部约束镦粗后的坯料置于校形镦粗组合模具内进行校形；所述的校形镦粗组合模具由校形镦粗上模、校形镦粗下模和校形镦粗外套组成，所述的校形镦粗外套套接于校形镦粗上模及校形镦粗下模外部；校形过程中校形镦粗上模向下运动，直至校形镦粗上模定位点与校形镦粗外套上端平齐，坯料凸台的厚度压缩至L，达到预定变形量，得到校形镦粗后的坯料；

设校形镦粗下模高度为h₃，校形镦粗下模内径为d₃，校形镦粗后的坯料高度为H₃，H₂-10mm≤H₃≤H₂，h₂-5mm≤h₃≤h₂+5mm，d₂+5mm≤d₃≤d₂+20mm；

四、冲孔-切底-扩孔-辗扩：

对校形镦粗后的坯料依次进行冲孔、切底、扩孔及辗扩，得到异形偏心球轴承套圈锻件；

设异形偏心球轴承套圈锻件的沟道圆心位置高度为l，(h₃+0.2L)≤l≤(h₃+0.8L)。

本发明的有益效果是：

本发明通过对镦粗模具的设计，将异形偏心球轴承的镦粗过程分为三步，模内镦粗实现金属流线在特定的地方预弯曲变形，局部约束镦粗实现了坯料只在设定的高度发生变形，金属流线在固定的高度发生弯曲，校形镦粗降低了外径凸台高度，保证了后续工序(冲孔-切底-扩孔-辗扩)所需的坯料形状。

其一，通过三步约束镦粗成形，减小了成形所需吨位(减小50％以上)，降低了异形偏心球轴承锻件成形对设备和模具的要求。

其二，通过局部约束镦粗对金属流动进行精确调控，实现了偏心球轴承锻件沟道位置金属流线随形分布，避免了沟道金属露头，提高了锻件质量。

本发明用于一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法。

附图说明

图1为对比实验中现有异形偏心球轴承套圈的锻造流程示意图；

图2为本发明步骤一至三的流程示意图；

图3为本发明步骤一中镦粗组合模具的结构示意图；

图4为本发明步骤二中局部约束镦粗下模的结构示意图；

图5为本发明步骤三中校形镦粗组合模具的结构示意图；

图6为实施例一步骤一至三的金属流线演变图；

图7为实施例一与对比实验中成形力和金属流线对比图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一，结合图2至5具体说明：本实施方式一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法，它是按照以下步骤进行：

一、模内镦粗：

将棒料置于镦粗组合模具内进行模锻；所述的镦粗组合模具由镦粗上模、镦粗下模和镦粗外套组成，所述的镦粗外套套接于镦粗上模及镦粗下模外部；模锻过程中镦粗上模向下运动，直至镦粗上模定位点与镦粗外套上端平齐，达到预定变形量，得到外径带凸台的坯料；

设棒料的高度为H，直径为d，镦粗下模内径为d₁，镦粗下模高度为h₁，外径带凸台的坯料高度为H₁；

二、局部约束镦粗：

将外径带凸台的坯料凸台下部置于局部约束镦粗下模内进行锤上镦粗，镦粗过程中利用垫块控制外径带凸台的坯料上部高度，得到局部约束镦粗后的坯料；

设局部约束镦粗下模内径为d₂，局部约束镦粗下模高度为h₂，局部约束镦粗后的坯料高度为H₂，d₁+3mm≤d₂≤d₁+10mm，h₂≤h₁-10mm；

三、校形镦粗：

将局部约束镦粗后的坯料置于校形镦粗组合模具内进行校形；所述的校形镦粗组合模具由校形镦粗上模、校形镦粗下模和校形镦粗外套组成，所述的校形镦粗外套套接于校形镦粗上模及校形镦粗下模外部；校形过程中校形镦粗上模向下运动，直至校形镦粗上模定位点与校形镦粗外套上端平齐，坯料凸台的厚度压缩至L，达到预定变形量，得到校形镦粗后的坯料；

设校形镦粗下模高度为h₃，校形镦粗下模内径为d₃，校形镦粗后的坯料高度为H₃，H₂-10mm≤H₃≤H₂，h₂-5mm≤h₃≤h₂+5mm，d₂+5mm≤d₃≤d₂+20mm；

四、冲孔-切底-扩孔-辗扩：

对校形镦粗后的坯料依次进行冲孔、切底、扩孔及辗扩，得到异形偏心球轴承套圈锻件；

设异形偏心球轴承套圈锻件的沟道圆心位置高度为l，(h₃+0.2L)≤l≤(h₃+0.8L)。

本实施方式步骤二通过局部约束镦粗下模内径对坯料的直径进行约束，使得镦粗过程中，在局部约束镦粗下模以上的坯料高度降低，金属流线只在这一部分发生弯曲，即局部弯曲。

本实施方式的有益效果是：

本实施方式通过对镦粗模具的设计，将异形偏心球轴承的镦粗过程分为三步，模内镦粗实现金属流线在特定的地方预弯曲变形，局部约束镦粗实现了坯料只在设定的高度发生变形，金属流线在固定的高度发生弯曲，校形镦粗降低了外径凸台高度，保证了后续工序(冲孔-切底-扩孔-辗扩)所需的坯料形状。

其一，通过三步约束镦粗成形，减小了成形所需吨位(减小50％以上)，降低了异形偏心球轴承锻件成形对设备和模具的要求。

其二，通过局部约束镦粗对金属流动进行精确调控，实现了偏心球轴承锻件沟道位置金属流线随形分布，避免了沟道金属露头，提高了锻件质量。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中所述的局部约束镦粗下模内径处设置拔模角度α，3°≤α≤7°。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤二中所述的垫块高度与局部约束镦粗后的坯料高度H₂相同。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中H₁＝(0.6～0.85)H。其它与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中h₁＝(0.3～0.5)H。其它与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中d+3mm≤d₁≤d+10mm。其它与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中H₁-30mm≤H₂≤H₁-10mm。其它与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤四中冲孔采用的冲头为直冲头，冲头直径为(0.2～0.4)d₃。其它与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中扩孔采用的冲头为V型冲头，冲头角度为25°～40°。其它与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤四中设扩孔后坯料幅高为H₄，辗扩后锻件幅高为H₅，H₅-3mm≤H₄≤H₅。其它与具体实施方式一至九相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一，结合图2至5具体说明：

一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法，它是按照以下步骤进行：

一、模内镦粗：

将棒料置于镦粗组合模具内进行模锻；所述的镦粗组合模具由镦粗上模、镦粗下模和镦粗外套组成，所述的镦粗外套套接于镦粗上模及镦粗下模外部；模锻过程中镦粗上模向下运动，直至镦粗上模定位点与镦粗外套上端平齐，达到预定变形量，得到外径带凸台的坯料；

设棒料的高度为H，H＝165mm，直径为d，d＝166mm，镦粗下模内径为d₁，d₁＝176mm，镦粗下模高度为h₁，h₁＝70mm，外径带凸台的坯料高度为H₁，H₁＝122mm；

二、局部约束镦粗：

将外径带凸台的坯料凸台下部置于局部约束镦粗下模内进行锤上镦粗，镦粗过程中利用垫块控制外径带凸台的坯料上部高度，得到局部约束镦粗后的坯料；

设局部约束镦粗下模内径为d₂，d₂＝184mm，局部约束镦粗下模高度为h₂，h₂＝55mm，局部约束镦粗后的坯料高度为H₂，H₂＝106mm，d₁+3mm≤d₂≤d₁+10mm，h₂≤h₁-10mm；

三、校形镦粗：

将局部约束镦粗后的坯料置于校形镦粗组合模具内进行校形；所述的校形镦粗组合模具由校形镦粗上模、校形镦粗下模和校形镦粗外套组成，所述的校形镦粗外套套接于校形镦粗上模及校形镦粗下模外部；校形过程中校形镦粗上模向下运动，直至校形镦粗上模定位点与校形镦粗外套上端平齐，坯料凸台的厚度压缩至L，L＝21mm，达到预定变形量，得到校形镦粗后的坯料；

设校形镦粗下模高度为h₃，h₃＝51mm，校形镦粗下模内径为d₃，d₃＝200mm，校形镦粗后的坯料高度为H₃，H₃＝98mm，H₂-10mm≤H₃≤H₂，h₂-5mm≤h₃≤h₂+5mm，d₂+5mm≤d₃≤d₂+20mm；

四、冲孔-切底-扩孔-辗扩：

对校形镦粗后的坯料依次进行冲孔、切底、扩孔及辗扩，得到异形偏心球轴承套圈锻件；

设异形偏心球轴承套圈锻件的沟道圆心位置高度为l，l＝56.5mm，(h₃+0.2L)≤l≤(h₃+0.8L)。

步骤二中所述的局部约束镦粗下模内径处设置拔模角度α，α＝5°。

步骤二中所述的垫块高度与局部约束镦粗后的坯料高度H₂相同。

步骤四中冲孔采用的冲头为直冲头，冲头直径为0.25×d_3＝50mm。

步骤四中扩孔采用的冲头为V型冲头，冲头角度为30°。

步骤四中设扩孔后坯料幅高为H₄，H₄＝87.5mm，辗扩后锻件幅高为H₅，H₅＝88mm，H₅-3mm≤H₄≤H₅。

实施例一步骤一中所述的棒料为BG801钢。

对比实验，结合图1具体说明：本对比实验与实施例一不同的是：对比实验采用一步镦粗的工艺，取消步骤一及步骤二，将棒料直接置于校形镦粗组合模具内进行校形，校形过程中校形镦粗上模向下运动，直至坯料凸台的厚度压缩至L，L＝21mm，得到一步镦粗后的坯料，对一步镦粗后的坯料依次进行冲孔、切底、扩孔及辗扩，得到异形偏心球轴承套圈锻件。其它与实施例一相同。

图6为实施例一步骤一至三的金属流线演变图；由图可知，用三步镦粗后，在模具的约束作用下，每一步镦粗变形的过程金属流动均达到精确可控。首先，模内镦粗实现了在特定高度金属流线发生弯曲；其次，通过对下半部分坯料的约束，实现了针对于异形偏心球轴承套圈的局部金属流线调控；最后，通过校形镦粗模具的限制作用，使得镦粗后坯料满足后续加工所需的尺寸。

图7为实施例一与对比实验中成形力和金属流线对比图；由于锻件材料采用BG801钢，该材料非常难变形，变形抗力大。从图中可以发现，对比实验原工艺一步镦粗的成形力大概需要3600吨，采用实施例一中的三步镦粗方法后，最大的成形力(分别1200吨、1100吨及1400吨)降低了约60％，大大降低异形偏心球轴承套圈成形对设备的要求。同时，采用对比实验原工艺，镦粗后金属流线在锻件中间位置弯曲，导致锻件的金属流线在沟道处露头，采用实施例一中的三步镦粗方法后，镦粗后金属流线在特定的沟道位置弯曲，最终锻件沟道处金属流线发生弯曲，沟道金属流线随形分布，无露头现象。

Claims (10)

1.一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法，其特征在于它是按照以下步骤进行：

一、模内镦粗：

将棒料置于镦粗组合模具内进行模锻；所述的镦粗组合模具由镦粗上模、镦粗下模和镦粗外套组成，所述的镦粗外套套接于镦粗上模及镦粗下模外部；模锻过程中镦粗上模向下运动，直至镦粗上模定位点与镦粗外套上端平齐，达到预定变形量，得到外径带凸台的坯料；

设棒料的高度为H，直径为d，镦粗下模内径为d₁，镦粗下模高度为h₁，外径带凸台的坯料高度为H₁；

二、局部约束镦粗：

将外径带凸台的坯料凸台下部置于局部约束镦粗下模内进行锤上镦粗，镦粗过程中利用垫块控制外径带凸台的坯料上部高度，得到局部约束镦粗后的坯料；

设局部约束镦粗下模内径为d₂，局部约束镦粗下模高度为h₂，局部约束镦粗后的坯料高度为H₂，d₁+3mm≤d₂≤d₁+10mm，h₂≤h₁-10mm；

三、校形镦粗：

将局部约束镦粗后的坯料置于校形镦粗组合模具内进行校形；所述的校形镦粗组合模具由校形镦粗上模、校形镦粗下模和校形镦粗外套组成，所述的校形镦粗外套套接于校形镦粗上模及校形镦粗下模外部；校形过程中校形镦粗上模向下运动，直至校形镦粗上模定位点与校形镦粗外套上端平齐，坯料凸台的厚度压缩至L，达到预定变形量，得到校形镦粗后的坯料；

设校形镦粗下模高度为h₃，校形镦粗下模内径为d₃，校形镦粗后的坯料高度为H₃，H₂-10mm≤H₃≤H₂，h₂-5mm≤h₃≤h₂+5mm，d₂+5mm≤d₃≤d₂+20mm；

四、冲孔-切底-扩孔-辗扩：

对校形镦粗后的坯料依次进行冲孔、切底、扩孔及辗扩，得到异形偏心球轴承套圈锻件；

设异形偏心球轴承套圈锻件的沟道圆心位置高度为l，(h₃+0.2L)≤l≤(h₃+0.8L)。

2.根据权利要求1所述的一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法，其特征在于步骤二中所述的局部约束镦粗下模内径处设置拔模角度α，3°≤α≤7°。

3.根据权利要求1所述的一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法，其特征在于步骤二中所述的垫块高度与局部约束镦粗后的坯料高度H₂相同。

4.根据权利要求1所述的一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法，其特征在于步骤一中H₁＝(0.6～0.85)H。

5.根据权利要求1所述的一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法，其特征在于步骤一中h₁＝(0.3～0.5)H。

6.根据权利要求1所述的一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法，其特征在于步骤一中d+3mm≤d₁≤d+10mm。

7.根据权利要求1所述的一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法，其特征在于步骤二中H₁-30mm≤H₂≤H₁-10mm。

8.根据权利要求1所述的一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法，其特征在于步骤四中冲孔采用的冲头为直冲头，冲头直径为(0.2～0.4)d₃。

9.根据权利要求1所述的一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法，其特征在于步骤四中扩孔采用的冲头为V型冲头，冲头角度为25°～40°。

10.根据权利要求1所述的一种异形偏心球轴承套圈金属流线调控的三步约束镦粗方法，其特征在于步骤四中设扩孔后坯料幅高为H₄，辗扩后锻件幅高为H₅，H₅-3mm≤H₄≤H₅。