滾子凸模的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

呂軍慶

(洛陽(yáng)LYC軸承有限公司 工模具公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

滾子是滾子軸承中相對(duì)薄弱的零件，滾子的制造質(zhì)量對(duì)軸承的工作性能(如旋轉(zhuǎn)精度、振動(dòng)、噪聲及旋轉(zhuǎn)靈活性等)和使用壽命產(chǎn)生直接影響[1]。目前，滾子毛坯的加工主要采用自動(dòng)冷鐓機(jī)加工成形。滾子凸模作為冷鐓滾子毛坯的主要工裝，其質(zhì)量的優(yōu)劣影響著滾子的加工成本、生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量。

1 傳統(tǒng)滾子凸模結(jié)構(gòu)及存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)滾子凸模結(jié)構(gòu)如圖1所示。凸模多采用GCr15或Cr12MoV鍛件整體加工而成，由于凸模的抗壓、抗疲勞性能較差，使用壽命較短。滾子凸模常見(jiàn)的失效形式有3種：大圓弧處掉塊、掉穴和穴下沉(圖2)，其中尤以掉穴現(xiàn)象最為嚴(yán)重。GCr15和Cr12MoV等模具鋼，由于材料的性能問(wèn)題，已經(jīng)不能滿(mǎn)足滾子凸模的使用要求。目前，W6Mo5Cr4V2(高速鋼)、65Nb(高強(qiáng)韌冷作模具鋼)和硬質(zhì)合金等新材料在模具中得到廣泛應(yīng)用。使用新型模具材料可以顯著提高滾子凸模的使用壽命，但新材料的價(jià)格較高，而且現(xiàn)有滾子凸模的整體結(jié)構(gòu)對(duì)鍛件的要求也較高，故改用新材料滾子凸模的綜合效益不高。

圖1 傳統(tǒng)滾子沖頭結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 滾子凸模失效形式

2 滾子凸模的改進(jìn)

2.1 組合式滾子凸模

改進(jìn)后的滾子凸模為組合式結(jié)構(gòu)，如圖3所示。根據(jù)凸模成形尺寸在殼體兩端各加工1個(gè)A孔，殼體外圓上加工1個(gè)穿入A孔底部的C孔，當(dāng)A孔內(nèi)壓入芯子時(shí)，C孔用于排出A孔腔內(nèi)的氣體。芯子厚度B要不小于5 mm，以保證芯子有足夠的強(qiáng)度。

圖3 組合式凸模結(jié)構(gòu)示意圖

芯子與殼體一般采用冷壓法過(guò)盈配合裝在一起，過(guò)盈量δ與滾子凸模直徑D的關(guān)系為[2]：δmin=0.003D，δmax=0.004D。裝配后要保證芯子高出殼體0.1～0.2 mm，以避免在工作中造成殼體的損壞而導(dǎo)致整個(gè)凸模的報(bào)廢。

2.2 材料的選擇

殼體材料的選用要點(diǎn)為：一是材料熱處理后硬度不宜太高，要具有一定的韌性；二是材料的性?xún)r(jià)比要高，以降低生產(chǎn)成本。如選用5CrMnMo或5CrNiMo等。

芯子承受冷鐓沖壓的大部分沖擊力，因此，芯子要具備較高的抗壓強(qiáng)度和耐磨性，要求熱處理后硬度達(dá)到60 HRC以上， DT鋼結(jié)硬質(zhì)合金、Cr12MoV及W6Mo5Cr4V2等高性能材料[3]都在適用的選擇范圍內(nèi)。常用的殼體、芯子備選材料的化學(xué)成分、熱處理后硬度及鍛件價(jià)格見(jiàn)表1。

表1 3種常用模具材料化學(xué)成分、硬度和價(jià)格的對(duì)比

2.3 加工工藝的優(yōu)化

在凸模的實(shí)際加工中，由于工件成型部分的型腔尺寸較小，加工的型腔表面粗糙度較差，勉強(qiáng)達(dá)到Ra0.8 μm，采用砂紙拋光后仍能在低倍顯微鏡下觀察到在型腔的圓角過(guò)渡處存在的較多細(xì)小刀紋，并且在穴底部圓弧處有撕裂痕跡。改用便攜式超聲波拋光機(jī)對(duì)凸模型腔成型部分表面特別是對(duì)過(guò)渡圓弧處進(jìn)行拋光處理，拋光后細(xì)小刀紋基本消失，表面粗糙度達(dá)到Ra0.1～0.25 μm。

2.4 表面強(qiáng)化處理

高速鋼材料(如W6Mo5Cr4V2，6W6Mo5Cr4V等)芯子經(jīng)過(guò)高溫淬火能夠得到高硬度，但易脆裂；進(jìn)行低溫淬火處理能夠得到較好的強(qiáng)韌性，但耐磨性較差[4]。因此，通過(guò)對(duì)芯子進(jìn)行氣體碳氮共滲處理，使芯子具有強(qiáng)韌性和高耐磨性。對(duì)Cr12MoV材料的芯子同樣可以采用氣體碳氮共滲處理來(lái)提高使用壽命。

3 改進(jìn)效果

對(duì)33216，33220兩個(gè)型號(hào)軸承滾子沖壓用凸模進(jìn)行試制，各加工制造30個(gè)。滾子凸模改進(jìn)前、后的應(yīng)用對(duì)比見(jiàn)表2。

由表2可知，組合式結(jié)構(gòu)滾子凸模相比整體式結(jié)構(gòu)，雖然芯子的材料費(fèi)用提高，但占大部分的殼體采用了價(jià)格較低的材料，因此，單個(gè)凸模的材料費(fèi)用支出增加不大；組合式凸模的加工費(fèi)用增加，但改進(jìn)后滾子凸模的使用壽命提高近1倍，總費(fèi)用只增加了23.4%，性?xún)r(jià)比仍較高；減少了滾子凸模圓弧口部掉塊和掉穴情況的發(fā)生，凸模使用壽命提高；滾子毛坯的生產(chǎn)效率和質(zhì)量得以提高，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

表2 32216,32220軸承滾子凸模改進(jìn)前、后應(yīng)用對(duì)比