轴承套圈锻造热切下料工装的改进

2014-07-21刘辉赵玲权吴浩杨军

轴承 2014年3期

刘辉，赵玲权，吴浩，杨军

(1.新昌县大雄锻造有限公司，浙江新昌 312580；2.浙江天马轴承股份有限公司，杭州 310015)

轴承套圈锻造过程中，始锻、终锻温度及锻后冷却速度对锻件的内在质量起着至关重要的作用[1-2]。而热切下料时在坯料上产生的毛刺、压塌变形、马蹄形、端面斜度大、坯料重量误差较大等缺陷，易导致在锻件端面上产生折叠裂纹；端面斜度过大时，镦粗过程中坯料容易歪斜，易造成锻件产生毛刺和塌边。这些缺陷不仅对锻件的外观和内在质量产生影响，而且给车削加工增加难度，使工件废品率升高。因此，通过对现场的调查和实物分析，对传统下料工装进行改进。

1 传统的下料工装模具

传统的冲床热切下料工装结构如图1所示，是目前国内轴承锻造企业大多采用的下料工装结构。顶料杆中心线与套筒刀中心线偏离较大，顶料杆直径小，为尽量减少棒料和顶料杆的接触面积，防止坯料产生端部翘皮现象，顶料杆端部加工成锥台形。这种结构虽然解决了坯料端部翘皮问题，但顶料杆刚性相对较差，坯料斜度大导致下料重量误差较大。另外，棒料与顶料杆的接触面积小，剪切时坯料两端面受力不均；刀板接触棒料后，坯料接触顶料杆的一端先下落，受剪切的一端后下落，导致坯料端面斜度较大，产生毛刺(图2)。

套筒刀、活动刀板材料为热作模具钢H13，活动刀板为方形4口型，实际使用寿命相对较短，模具成本也较高。

1—套筒刀；2—套筒座；3—活动刀板；4—活动刀板固定架；5—顶料杆；6—棒料；7—坯料

图2 改进前的坯料

2 改进后的下料工装模具

改进后的冲床热切下料工装结构如图3所示。

1—套筒刀；2—套筒座；3—不锈钢焊条堆焊处； 4—活动刀板；5—活动刀板固定架；6—棒料；7—顶料杆；8—坯料

2.1 增大顶料杆直径

将顶料杆直径加大为45 mm，且端面车平整，以增加棒料和顶料杆的接触面积，增加摩擦力，使剪切时坯料两端面受力均衡，尽量保证坯料下落时两端面基本水平，减小坯料端面斜度。

2.2 确定顶料杆位置

将顶料杆中心线与套筒刀中心线偏差减小，并保证顶料杆的中心线位置略高于套筒刀中心线(20 mm以内)。若剪切棒料直径过大，可以在顶料杆前端加一个杯形套，适当加大与棒料的接触面积，根据实际情况灵活调整。顶料杆的支撑位置到顶料杆端面的距离约为150 mm，以保证剪切时坯料两端面受力均衡的同时减小顶料杆的变形。

2.3 下料模具

改进后下料模具如图4所示。套筒刀、活动刀板(方形4口型)基体材料由热作模具钢更换为45#钢，热处理后硬度为28～40 HRC；工作刃口部位用A402(E310-16)耐热不锈钢焊条堆焊，如果刃口部位使用中有磨损、裂纹等缺陷出现，只需再重复堆焊一遍，然后在车床上加工至需要尺寸，即可再次使用。堆焊前对基体进行预热，堆焊后进行适当的热处理(回火)，既可以提高堆焊层熔敷金属的性能，又能减小或消除残余应力，改善过渡区金属结合性能[3]。下料生产中要采取有效的冷却措施对模具进行充分冷却，以提高使用寿命。

图4 改进后的下料模具

2.4 费用对比

改进前、后下料工装的费用及模具的使用寿命对比见表1。

表1 改进前、后下料工装的对比

3 有限元模拟分析

为进一步说明改进后下料工装的可行性，利用有限元软件DEFORM对改进前、后工装的下料过程进行模拟分析。下料工装的有限元模型如图5所示，工装的改进主要体现在顶料杆的结构及刀刃的材料上，这里主要针对顶料杆的结构改进进行分析。

图5 下料工装的有限元模型

工装改进前、后的下料过程分别如图6、图7所示。改进前由于顶料杆与棒料的接触面积小，下料初始阶段棒料就会与顶料杆分开，从而出现下垂现象，直至坯料与棒料完全分离，从而导致坯料的上下端面间存在一定的倾斜角度。改进后由于顶料杆与棒料间的接触面积较大，坯料与棒料分离之前，几乎一直与顶料杆接触，而顶料杆在下料过程中给予坯料一个支撑力，使坯料中轴线基本水平，从而减小了坯料上下端面间的倾斜角度，端面平整度提高，毛刺明显减少[4]。