推力調(diào)心滾子軸承沖壓保持架加工技術(shù)分析

王志偉，楊建文，王玉良，焦世杰，蔚建

(1.洛陽(yáng)軸承集團(tuán)保持器有限責(zé)任公司，河南 洛陽(yáng) 471039；2.洛陽(yáng)軸承研究所有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

推力調(diào)心滾子軸承為可分離型軸承，其載荷作用線與軸承軸線形成一定角度，軸向承載能力強(qiáng)，在承受軸向載荷的同時(shí)還可承受一定的徑向載荷，但徑向載荷不得超過(guò)軸向載荷的55%。該類軸承球面滾子傾斜排列，外圈滾道面呈球面，具有調(diào)心功能，對(duì)同軸度和軸的撓曲不敏感。因此，可允許軸有一定傾斜，能夠在極大的載荷工況下使用，允許轉(zhuǎn)速較高。該類軸承主要應(yīng)用于石油鉆機(jī)、制鐵制鋼機(jī)械、水力發(fā)電機(jī)、立式電動(dòng)機(jī)、船舶用螺旋槳軸、塔吊、擠壓機(jī)、壓注機(jī)、船用柴油機(jī)、減速機(jī)等。

隨著軸承行業(yè)及市場(chǎng)環(huán)境的不斷變化，推力調(diào)心滾子軸承由于承載能力強(qiáng)和工況適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，市場(chǎng)份額不斷增加。并且隨著市場(chǎng)銅價(jià)的攀升，鋼保持架替代銅保持架已成趨勢(shì)，大大降低了產(chǎn)品的成本。因此，進(jìn)行推力調(diào)心滾子軸承保持架技術(shù)研究十分必要。

1 保持架結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

推力調(diào)心滾子軸承保持架結(jié)構(gòu)(圖1)復(fù)雜，具有恒定的傾斜角度，靜態(tài)角度不對(duì)中，產(chǎn)品角度大(45°左右)，內(nèi)圈無(wú)擋邊，采用保持架上端2～4個(gè)鎖點(diǎn)鎖住內(nèi)圈。保持架兜孔加工技術(shù)含量高，兜孔形狀具有球面調(diào)心和圓錐滾子保持架的綜合特征，兜孔小端面為弧面，大端面為錐面，兜孔上端面是一個(gè)圓弧面，兩頭高，中間低。兜孔底高尺寸較小，幾乎只有1個(gè)料厚。保持架主要外形尺寸有：料厚S、外徑Dc、小端外徑Dc1、球面半徑SR和寬度Bc。保持架影響軸承裝配的主要參數(shù)有：內(nèi)徑dc1、底徑dc3、兜孔長(zhǎng)度Lc、鎖點(diǎn)的深度和高度，以及相關(guān)的形位公差，如底徑對(duì)外徑的位置變動(dòng)量VHc1、兜孔底高變動(dòng)量Vhc、梁寬變動(dòng)量Vbc等。

圖1 保持架結(jié)構(gòu)

2 工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 成形

成形工序主要確定保持架的外形尺寸并為后工序加工打下基礎(chǔ)，由于鋼板材料的彎曲塑性變形及材料金屬流動(dòng)，保持架大端面增厚(單邊比原材料厚5%～10%)，保持架的偏心不對(duì)稱弧面等因素，需采用全新的理念和方法設(shè)計(jì)模具(圖2)。

圖2 成形模

設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

1)凹模采用漸變式設(shè)計(jì)，根據(jù)材料變厚量適當(dāng)放大SR取值，保證凸、凹模的間隙及模具強(qiáng)度，從而保證產(chǎn)品滿足工藝要求。

2)由于產(chǎn)品高度尺寸較大，為避免出現(xiàn)成形皺褶，合理放大成形模具的入口R值，R=(20～25)S，同時(shí)增大成形凹模高度，使成形過(guò)程的變形相對(duì)緩慢，避免保持架大端面皺褶。

3)保持架底部要平整，為此卸料環(huán)設(shè)計(jì)成環(huán)帶，以減小整形力。

2.2 沖裝置孔

沖裝置孔工序作用是保證后工序加工定位，并保證沖孔時(shí)定位軸的強(qiáng)度及定位基準(zhǔn)的適應(yīng)性，該工序設(shè)計(jì)采用產(chǎn)品內(nèi)定位方式，以產(chǎn)品內(nèi)徑尺寸為基準(zhǔn)確定定位圈的尺寸，以保證裝置孔對(duì)產(chǎn)品外徑的變動(dòng)量。生產(chǎn)制造時(shí)需考慮機(jī)床的閉合高度和機(jī)床的大小，保證模具可放入機(jī)床裝模區(qū)域并完成加工，沖裝置孔模如圖3所示。

圖3 沖裝置孔模

2.3 沖兜孔

沖兜孔工序主要決定保持架兜孔形狀，合理的兜孔長(zhǎng)度確保壓坡后兜孔符合產(chǎn)品技術(shù)要求。由于該類產(chǎn)品接觸角約45°，需設(shè)計(jì)仰角較大的沖孔機(jī)，模具結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 沖兜孔模

設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

1)沖孔機(jī)支架高度要滿足產(chǎn)品尺寸要求。

2)采用裝置孔定位以保證產(chǎn)品的梁寬變動(dòng)量。

3)控制定位板表面平行度小于0.03 mm，以保證產(chǎn)品的兜孔底高變動(dòng)量。

4)兜孔作為引導(dǎo)滾子的關(guān)鍵，由于壓坡后兜孔長(zhǎng)度會(huì)變大，長(zhǎng)度尺寸要適當(dāng)?shù)臏p短，凸模長(zhǎng)度=Lc-壓坡伸長(zhǎng)量。

5)保持架兜孔底高尺寸較小，設(shè)計(jì)時(shí)凸模采用立式垂直安裝。生產(chǎn)制造時(shí)兜孔底高及底高變動(dòng)量為關(guān)鍵控制尺寸，測(cè)量時(shí)以保持架底部平面作為測(cè)量基準(zhǔn)，并應(yīng)確保產(chǎn)品加工的一致性和穩(wěn)定性。

2.4 壓坡

壓坡工序主要決定保持架兜孔尺寸及軸承回轉(zhuǎn)。由于該類保持架兜孔結(jié)構(gòu)特殊，滾子形狀復(fù)雜，壓坡面的情況直接決定軸承的回轉(zhuǎn)是否滿足設(shè)計(jì)要求，故壓坡工序?yàn)楸３旨芗夹g(shù)控制的關(guān)鍵工序，壓坡模結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 壓坡模

設(shè)計(jì)重點(diǎn)：

1)凹模長(zhǎng)度取值不應(yīng)取保持架兜孔設(shè)計(jì)長(zhǎng)度Lc的最大值，否則生產(chǎn)制造時(shí)梁寬易出現(xiàn)壓坡后臺(tái)階，應(yīng)考慮壓坡伸長(zhǎng)量因素，凹模長(zhǎng)度=Lc-壓坡伸長(zhǎng)量。

2)凹模寬度方向開(kāi)口尺寸必須精確設(shè)計(jì)，既要保證產(chǎn)品梁寬可放入壓坡凹模，還要避免出現(xiàn)材料堆積形成“翅膀”的現(xiàn)象；同時(shí)要保證產(chǎn)品壓坡后坡面與滾子貼合，符合該類軸承滾子的回轉(zhuǎn)要求。

3)凹模深度要超過(guò)料厚2 mm左右，因?yàn)樵擃惐３旨芡ǔ浩律疃榷驾^深，為保證凹模深度可使用電火花或數(shù)控銑加工。

4)生產(chǎn)過(guò)程中，壓坡輕重控制以壓坡內(nèi)、外接圓為依據(jù)，確定梁寬的壓坡深度，并進(jìn)行裝套檢查軸承回轉(zhuǎn)靈活性。

5)要用樣板檢測(cè)外形進(jìn)行壓坡控制，確保外形SR沒(méi)有改變，這一點(diǎn)對(duì)控制壓坡面很重要。

2.5 壓鎖點(diǎn)

壓鎖點(diǎn)工序決定保持架鎖緊內(nèi)圈的關(guān)鍵尺寸，既要保證鎖緊內(nèi)圈不脫離，又要保證鎖點(diǎn)與內(nèi)圈在軸向有一定間隙，內(nèi)圈不鎖死，回轉(zhuǎn)靈活。壓鎖點(diǎn)模具結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 壓鎖點(diǎn)模

設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

1)以大端面及大端內(nèi)徑面為定位面，確保軸向和徑向尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

2)確定壓鎖點(diǎn)凸、凹模模具的間隙時(shí)要保證加工后無(wú)毛刺，又要保證鎖點(diǎn)下表面為平面，鎖點(diǎn)與內(nèi)圈接觸面為平面，生產(chǎn)加工時(shí)間隙要根據(jù)材質(zhì)等進(jìn)行微調(diào)。

3)壓鎖點(diǎn)時(shí)模具水平單向受力較大，凸、凹模會(huì)水平移動(dòng)，應(yīng)設(shè)計(jì)銷釘加導(dǎo)柱控制。生產(chǎn)制造時(shí)，高度、深度值以產(chǎn)品技術(shù)要求為準(zhǔn)，并保證內(nèi)圈不能脫離保持架。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用以下工藝流程對(duì)29XXXE等幾個(gè)型號(hào)的保持架進(jìn)行試制加工：剪料→沖中心孔→剪多邊形→車料徑→成形→沖裝置孔→沖兜孔→車邊、車底→整形→壓坡→車邊→壓鎖點(diǎn)→表面處理→包裝。實(shí)際生產(chǎn)表明：模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，產(chǎn)品質(zhì)量管控好，產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)要求滿足甚至高于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(表1)，售后跟蹤某公司軸承使用情況，各項(xiàng)性能穩(wěn)定，使用良好。

表1 產(chǎn)品尺寸檢測(cè)數(shù)據(jù)