205轴承内外圈套料的温_冷联合成形工艺的研究_胡庆华

第3卷　第2期　2011年3月 精密成形工程

JO U RN A L O F N ET SH A PE FO RM IN G EN GI N EERIN G

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应用技术

205轴承内外圈套料的温-冷联合成形工艺的研究

胡庆华1,2,朱世凤1,2,赵军1,2

(1.中国兵器工业第五九研究所,重庆400039;

2.国防科技工业精密塑性成形技术研究应用中心,重庆400039)

摘要:叙述了采用复合挤压成形的高厚比大的环形零件成形方法,从环形零件内外圈的结构分析、坯料尺寸的确定、变形程度的计算,以及模具设计和选择挤压设备等方面作了较为详细的研究,为其他具有类似几何形状的零件成形工艺采用温-冷联合成形提供了基本设计流程。

关键词:环形件;温-冷联合成形;成形工艺

中图分类号:TG376 文献标识码:A 文章编号:1674-6457(2011)02-0055-05

收稿日期:2010-07-13

作者简介:胡庆华(1964-),女,重庆人,高级工程师,主要研究方向为成形工艺及金属材料。

Research of Warm -cold Forming Process of Inner and Outer 205-bearing Forging

H U Qing -hua

1,2

,Z HU Shi -f eng

1,2

,Z H AO J un

1,2

(1.N o .59Institute of China O rdnance Industry ,Chongqing 400039,China ;

2.N atio nal Defence Research and A pplicatio n Cente r of P recisio n P lastic F or ming T echno lo gy ,Chongqing 400039,China )Abstract :The inner and o ute r 205-bearing pa rts belong to ring pa rts with larg e height -to -thickness ratio .T his paper pr o -po sed the fo rming me tho d of ring pa rts w ith complex e xtr usio n pro cess .First ,the structures o f ring par ts we re a naly zed ,then deter minatio n of the dimension of billets ,calculatio n of the defo rma tion ratio ,design of fo rming too ls and selection of fo rming machines are described in detail .

Key words :ring pa rts ;w arm -co ld forming process ;defor ma tion process

轴承内、外圈的套料是典型高厚比大(h /t >2.0)的环形零件,其锻压成形难度大,废料多。文中从该环形零件的几何尺寸分析出发,详细的描述了坯料尺寸、模具结构、设备选择等方面的研究过程,工艺方法的选择等,以期提高成形件的质量和材料利用率。

1　轴承内、外圈结构分析

205轴承内、外圈的外形尺寸如图1所示。由

图1　205轴承内外圈

Fig .1　T he inne r and outer 205-bearing so ckets

精密成形工程 2011年3月

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　图1可见,外圈和内圈的外径分别为 53m m 和 34.8m m ,内孔为 44.2mm 和 25m m 。如果这2个圈是一般套圈,材料为低碳钢,即为一个典型的冷挤压件,采用冷挤压成形其内外径尺寸公差完全可以达到。由于这是轴承的内外圈,材料为轴承钢GC r15,其室温下的抗拉强度σb 为650～700M Pa ,挤压性能差,因此要想将其分别单独冷态下反挤压成形困难较大。另外,在同样的工艺条件下,正挤压比反挤压更困难。GCr15钢的化学成分见表1,不同温度下GCr15钢的抗拉强度σb 见表2。

表1　GCr 15钢的化学成分(质量分数,%)Table 1　The main chemical composition of GCr 15steel C

M n

Si

Cr

P

S

0.95～1.050.2～0.40.15～0.351.30～1.65≤0.027≤0.02

表2　不同温度下GCr 15钢的抗拉强度σb

Tab le 2　The tensile strength of GCr 15ste el in differen t

temperatu res 温度/℃抗拉强度σb /M P a

20650～700700190880951000621100

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由于轴承的内圈可采用套料法成形,套料采用复合挤压成形,在复合挤压过程中反挤压成形外环,正挤压成形内环。复合挤压时的金属流动通道往往有2个,成形力必然大大减小,而且节省了原材料,提高了生产率。由此可见,对于205轴承内、外圈套料的复合挤压成形可以在室温下进行。可以设计成如图2所示的复合挤压件

。

图2　复合挤压件

Fig .2　T he fo rging piece o btained by compound ex trusion

pro cess

最好先对坯料进行一次加热镦粗,然后再进行室温下的复合挤压。镦粗的主要目的是将坯料大变形量镦成鼓形,鼓的最大外径与复合挤压模具型腔的内腔尺寸相等,这样可以将坯料轻松放入模腔。坯料太小,在模腔内不易定位。坯料如果是与模腔内径相等的圆柱体,不易放入模腔。

室温下成形的复合挤压件外形美观,加工余量小,尺寸精度较高,因此205轴承内、外圈采用热锻加冷挤压的联合成形技术。

2　坯料尺寸的确定

坯料的下料尺寸主要取决于内外环成品尺寸和内外之间的工艺连皮及废料芯,另外要加上二次退火的损耗。这一部份损耗大约为总质量的1.5%。

连皮和料芯厚度的确定也不是无足轻重。连皮和料芯厚,变形力小,但耗费材料多,后续加工量大。连皮和料芯太薄,变形力加大,有时甚至无法实现。在单纯反挤压时,连皮和料芯的厚度一般选取与反挤压杯形件的壁厚相近,外圈反挤压杯形件的壁厚为:(53-43.6)/2=4.7m m ,这里取为4mm 。内圈反挤压杯形件的壁厚为:(34.8-23.8)/2=5.5m m 。

文中复合挤压时选取连皮厚度为4m m 。这是因为在外圈反挤压杯形件时,是将下面的杆状件同时挤出的复合挤压成形,其成形力较单纯反挤压力小,所以连皮厚度可取比壁厚薄一些。

在反挤压内圈成形时,因为内圈工件比外圈小,反挤压力小,所以可将料芯也取为4mm 。

计算内、外圈的总体积V 总,假设内、外圈的高度均为16.8mm ,如图1、图2所示,则内、外圈的体积V 1与V 2分别为:

V 1=11978mm 3

V 2=8501mm

3V 总=V 1+V 2=20479mm 3。

复合挤压成形后,将复合挤压成形件的杆部与杯部分离。分离后的杯底并未完全冲脱,形成一个直径小于杯孔( 43.6mm )的孔,其直径为34.5

m m ,如图2所示。多余的料ΔV 1可用车加工的方法切除。故此杯形件体积V 1应该增加ΔV 1。

ΔV 1=2233mm

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