CN101301676A - 大尺寸滚子冷镦冲压方法及冷镦冲压模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大尺寸滚子冷镦冲压方法及冷镦冲压模具。大尺寸滚子冷镦冲压方法包括以下步骤：用棒料切断模具将棒料切断成滚子料段，用冷镦冲压模具将滚子料段冲压成滚子毛坯。所述棒料切断模具设置有送料轮、切断模、切刀、料档，棒料与送料轮、切断模活动连接，切刀安装在切断模的一端，料档安装在切刀的一边。本发明冷镦冲压模具设置有推出杆、冲模、冲头，滚子料段、推出杆均与冲模匹配，冲头与滚子料段匹配，冲头与动力机构连接。本发明所述棒料采用高碳铬轴承钢，滚子毛坯的直径在23～28毫米之间。本发明加工出来的滚子毛坯能达到车削的软磨水平，倒角自然成型，保证了成品轴承的高强度、高转速、长寿命，使得滚子的几何尺寸和精度得到保证，从而实现了轴承的低振动和静音，同时降低制造初期成本。

Description

大尺寸滚子冷镦冲压方法及冷镦冲压模具

技术领域：

本发明涉及一种较大型短圆柱滚子轴承滚子成形加工用的冷镦冲压方法及冷镦冲压模具。

背景技术：

轴承(bearing)是一种应用在转动机构上，用来支撑，减少摩擦以及承受负载的部件。滚子是轴承内部的一组必不可少的零件，该工艺专门为大尺寸规格的轴承而设计，滚子轴承由于截面小，承载能力高，变形小，适用高负荷、高速运行、低振动和静音的场合，同时该产品径向承载能力大，滚子与滚道呈线性接触，适用于承受冲击负荷，寿命长。同时滚子轴承也由于外形尺寸紧凑，强度大，承载能力较强，额定转速高，精度高，因而广泛应用于各个高端领域。目前滚子轴承的配套滚子大多仍然采用传统的车削工艺，这种工艺生产的滚子存在的缺点是：

1.目前装配于成品轴承的滚子，作为初加工的车削加工虽然容易，但是没有改变材料内部组织，难以实现均匀的金相组织，热处理淬透性差，使得滚子力学性能差，本身强度明显不够，不足以保证成品轴承的承载能力和抗疲劳强度，难以满足目前高端领域所需要的使用强度和额定承载能力。

2.目前采用车加工工艺的滚子，由于车床本身的精度不高，不利于工件的加工定位，而且尺寸公差带来的误差难以消除，粗糙度也低，不能保证最终滚子的加工精度，也就不能保证成品轴承的装配精度和旋转精度。

3.目前采用车加工工艺制造的滚子，由于加工工序多，所投入的人力和设备比较多，所以造成材料成本、工艺成本和人、机成本过高，不易实现经济效益。

传统的冲压模具(见图1)存在的缺点是：

1.传统的冲压模具结构在高速冷镦冲压的过程中，冲模2’内表面各个部分由于承受高压和强烈的摩擦磨损，因此内表面容易出现轴向裂纹，倒角部分也容易出现裂纹和剥落，推出杆1’也容易断裂，因此所加工的滚子表面也伴随着不同程度的裂纹、划伤、折叠和毛刺，结果导致：①滚子表面出现严重缺陷，力学性能有所降低；②金属内部的金相组织也不太均匀；③热处理淬透性差。以上几点影响了滚子本身的强度，不足以保证成品轴承的承载能力和抗疲劳强度，难以满足目前高端领域所需要的使用强度和额定承载能力。

2.传统的冲压模具结构采用的是整体式结构，所以模具内部的尺寸、偏差、形位公差、粗糙度、热处理的硬度和淬透性很难使模具的寿命提高，所以在滚子的冷镦冲压过程中由于模具结构和尺寸公差带来的误差难以消除，粗糙度也低，各个批次的尺寸散差比较大，不能保证滚子后续的精加工，也就不能保证成品轴承的装配精度和旋转精度。

3.传统的冲压模具结构，由于是采用整体式结构，使用寿命比较低，而且每次在更换规格时候，整个模具都要重新设计和制造，不容易实现系列化，达不到互换要求，因此造成原材料和模具制造过程中的不必要消耗，造成材料成本、工艺成本和人、机成本过高，不易提高经济效益。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述不足，而提供一种大尺寸滚子冷镦冲压方法及冷镦冲压模具。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该大尺寸滚子冷镦冲压方法，其特征在于包括以下步骤：用棒料切断模具将棒料切断成滚子料段，用冷镦冲压模具将滚子料段冲压成滚子毛坯。

本发明在用棒料切断模具将棒料切断成滚子料段步骤之前还设置有棒料拉拔步骤。

本发明在用棒料切断模具将棒料切断成滚子料段步骤之前还设置有棒料退火步骤。

本发明在棒料退火步骤之前还设置有棒料拉拔步骤。

本发明所述棒料采用高碳铬轴承钢，滚子毛坯的直径在23～28毫米之间。

本发明所述棒料切断模具设置有送料轮、切断模、切刀、料档，棒料与送料轮、切断模活动连接，切刀安装在切断模的一端，料档安装在切刀的一边。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案还包括一种冷镦冲压模具，其特征在于设置有推出杆、冲模、冲头，滚子料段、推出杆均与冲模匹配，冲头与滚子料段匹配，冲头与动力机构连接。

本发明所述冲模设置有底模、内套、中套、外套、螺垫、底模套，中套套在外套前部，内套套在中套里，底模套在底模套里，底模套套在外套中部，推出杆置于冲模中间，螺垫置于外套后部并与推出杆匹配。

本发明内套、中套、外套采用合金模具钢制成。

本发明底模采用镶嵌式硬质合金制成。

本发明加工出来的滚子毛坯外形尺寸和形位公差均能达到车削的软磨水平，而且倒角自然成型，改变了传统的车削工艺。本发明改善滚子本身的材料力学性能，改善滚子内部组织结构，细化晶粒，保证了成品轴承的高强度、高转速、长寿命，使得滚子的几何尺寸和精度得到保证，从而实现了轴承的低振动和静音，同时降低制造初期成本。

附图说明：

图1是现有技术冲压模具的结构示意图。

图2是本发明实施例棒料切断模具的结构示意图。

图3是本发明实施例冷镦冲压模具的结构示意图。

图4是本发明实施例做成的滚子毛坯结构示意图。

图5是本发明实施例冷镦冲压方法的示意图。

具体实施方式：

参见图1～图5，本发明实施例冷镦滚子冲压方法适用于短圆柱滚子轴承滚子的加工。本发明利用图1所示棒料切断模具将滚子材料-棒料1切断成滚子料段6，棒料切断模具设置有送料轮2、切断模3、切刀4、料档5，棒料1与送料轮2、切断模3活动连接，切刀4安装在切断模3的一端，料档5安装在切刀4的一边，棒料1从图1右侧经过切断模3后被切刀4切断成滚子料段6进入料档5，再通过图2所示冷镦冲压模具采用冷镦冲压技术将滚子料段6加工成滚子毛坯，本发明实施例的冷镦冲压模具包括推出杆7、冲模8、冲头9，滚子料段6、推出杆7均与冲模8匹配，冲模8设置有底模81、内套82、中套83、外套84、螺垫85、底模套86，中套83套在外套84前部，内套82套在中套83里，底模81套在底模套86里，底模套86套在外套84中部，推出杆7置于冲模8中间，螺垫85置于外套4后部并与推出杆5匹配，模具内锥部分(内套82的内表面)和底模81上的倒角部分在交界处分开，内套82、中套83和外套84过盈配合，内套82实体尺寸较小，因此热处理时容易得到高而且均匀的硬度，耐磨，韧性好，使用寿命与强度高；中套83和外套84经热处理容易得到较高的机械性能，经过过盈配合，使内套82既耐磨，又不产生裂纹，使用强度大大提高，内套82、中套83、外套84采用合金模具钢制成，底模81采用镶嵌式硬质合金，耐磨性好，模具使用寿命大大提高；推出杆7直径加大，长度缩短，因此抗弯强度大大增强。冷镦冲压模具以上特点使得模具整体结构优化、紧凑，提高了劳动强度和效率。冲头9与滚子料段6匹配，冲头9与动力机构(现有技术中的电机、气缸等均可)连接，在动力机构的推动下将滚子料段6冲成滚子毛坯10，加工出来的滚子毛坯10外形尺寸和形位公差均能达到车削的软磨水平，而且倒角自然成型，改变了传统的车削工艺。采用这种工艺通过改善滚子本身的材料力学性能，改善滚子内部组织结构，细化晶粒，保证了成品轴承的高强度、高转速、长寿命，而且由于采用了该工艺技术，使得滚子的几何尺寸和精度得到保证，从而实现了轴承的低振动和静音，体现出了经济效益。其数据的实现是通过电脑程序进行选择性优化设计。本发明适用于较大型短圆柱滚子轴承的大尺寸滚子(Φ23～Φ28)冷镦冲压工艺，用于滚子成形的加工，滚子材料(棒料1)采用高碳铬轴承钢，模具材料采用合金模具钢制造。

本发明实施例冷镦冲压模具的设计特点，使得整个模具的精度大大提高。因为：①分体零件要比整个零件容易加工；②模具零件便于热处理，减少了淬火和回火后的变形；③零件方便后续的精加工；④模具组装容易实施，且易调整。因此模具关键部位的尺寸精度就有了保证。其结果是：①滚子的外形尺寸很均匀；②倒角自然成型；③滚子的后续工艺精度(包括加工中的定位误差、尺寸公差、端面跳动、凸度、对数曲线、粗糙度、热处理后的变形程度和金相组织)大大提高。

本发明实施例由于采用了新型的冷镦冲压模具结构，从而使得冲压滚子在制造初期成本大大降低，具体如下：①材料成本，由于采用了新型的冷镦冲压模具结构，所以每次在更换规格时只需制造和更换内套82、中套83和底模81，其余都是通用件，可以长期使用，节省了大量的原材料；②工艺成本，由于采用了新型的冷镦冲压模具结构，使得冷镦冲压模具寿命提高了4倍以上，所以滚子在制造初期的工艺成本大大节约；③人力成本，由于采用了新型的冷镦冲压模具结构，使得滚子之间的尺寸相互差很小，便于后续磨加工，大大减少了滚子制造后期的分选工作量，而且模具寿命的提高缩短了更换模具的时间，冷镦冲压效率得以提升，人力成本大大节省。

本发明通过改进模具结构，使得滚子的后续工艺精度(包括加工中的定位误差、尺寸公差、端面跳动、凸度、对数曲线、粗糙度、热处理后的变形程度和金相组织)有了很大的保障，从而确保了成套轴承的旋转精度和稳定性。由于采用了冷镦冲压工艺技术，使得滚子的力学性能提升，精度明显提高，保证了成品轴承的装配精度和旋转精度，从而能够满足在高转速下轴承的低振动和静音，满足了高端市场的静音要求。

本发明由于采用了冷镦冲压工艺技术(即利用无切削塑性变形工艺)，从而使得冲压滚子在制造初期成本大大降低，具体如下：①材料成本(原工艺采用车削工艺，要车削掉一部分材料才能达到产品尺寸，而冷镦工艺是无切削的塑性变形)，使得材料的利用率提高了11％；②工艺成本，使得滚子在制造初期的工序大大减少，由原来车削加工的8道工序减至4道工序，工作效率提高50％；(车加工8道工序为：切断-镦平-磨外径-车端面-车倒角-车穴-磨端面-软窜倒角；冷镦工艺为：冷镦-窜光-磨外径-磨端面)③人力成本，现在两个人一台冷镦冲压设备的产量可以达到以前靠人工车削时的50人50台设备的产量，人力成本大大节省。

本发明根据实际需要，可以设置棒料拉拔步骤和棒料退火步骤其中之一或者两个可选择的步骤。棒料拉拔步骤对棒料1进行拉拔处理(例如使用现有技术中的拉拔机)，使得棒料1的尺寸符合后续工艺要求。棒料退火步骤对棒料1进行退火(可使用现有技术中的退火方法)，目的是降低棒料1的强度，方便后续加工。

Claims (10)

1、一种大尺寸滚子冷镦冲压方法，其特征在于包括以下步骤：用棒料切断模具将棒料切断成滚子料段，用冷镦冲压模具将滚子料段冲压成滚子毛坯。

2、根据权利要求1所述的大尺寸滚子冷镦冲压方法，其特征在于：在用棒料切断模具将棒料切断成滚子料段步骤之前还设置有棒料拉拔步骤。

3、根据权利要求1所述的大尺寸滚子冷镦冲压方法，其特征在于：在用棒料切断模具将棒料切断成滚子料段步骤之前还设置有棒料退火步骤。

4、根据权利要求3所述的大尺寸滚子冷镦冲压方法，其特征在于：在棒料退火步骤之前还设置有棒料拉拔步骤。

5、根据权利要求1所述的大尺寸滚子冷镦冲压方法，其特征在于：所述棒料采用高碳铬轴承钢，滚子毛坯的直径在23～28毫米之间。

6、根据权利要求1所述的大尺寸滚子冷镦冲压方法，其特征在于：所述棒料切断模具设置有送料轮、切断模、切刀、料档，棒料与送料轮、切断模活动连接，切刀安装在切断模的一端，料档安装在切刀的一边。

7、一种冷镦冲压模具，其特征在于：设置有推出杆、冲模、冲头，滚子料段、推出杆均与冲模匹配，冲头与滚子料段匹配，冲头与动力机构连接。

8、根据权利要求7所述的冷镦冲压模具，其特征在于：所述冲模设置有底模、内套、中套、外套、螺垫、底模套，中套套在外套前部，内套套在中套里，底模套在底模套里，底模套套在外套中部，推出杆置于冲模中间，螺垫置于外套后部并与推出杆匹配。

9、根据权利要求8所述的冷镦冲压模具，其特征在于：内套、中套、外套采用合金模具钢制成。

10、根据权利要求8所述的冷镦冲压模具，其特征在于：底模采用镶嵌式硬质合金制成。

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