CN101758368A - 一种中小型英制圆锥轴承套塔复合锻造内外同套工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种中小型英制圆锥轴承套塔复合锻造内外同套工艺，属于英制圆锥轴承套圈锻造技术领域。它主要是解决现有英制圆锥套圈锻造工艺不能解决内外圈同时生产的问题和采用异型套锻生产投料成本增加的问题。它的主要特征是：(1)把重量在0.320～1.200千克、直径在φ35～φ50的GCr15钢料段在中频感应炉上加热至1050℃，然后把该加热料段在压力机上镦粗、复合挤压成形、分套，分离为轴承外套毛坯和轴承内套毛坯；(2)把外套毛坯在扩孔机上辗扩，直接冷却或者再在压力机上整径后冷却成轴承外套锻件；(3)把内套毛坯放在压力机上再镦粗、挤压、穿孔，冷却后成为同一套英制圆锥轴承内套锻件。本发明主要用于同一种中、小型英制圆锥轴承内外圈锻件的制造。
Description
技术领域
本发明属于英制圆锥轴承套圈锻造技术领域。具体涉及一种采用套塔复合锻造工艺，适合中、小型英制圆锥轴承内外圈同时生产的制造方法。
背景技术
中、小型英制圆锥产品是近年来开发的外贸出口产品的主要类型之一，该类产品属轻薄系列，单独锻造投料重量仅0.180～0.320千克，棒料直径在φ28～φ35之间，无法在现有棒料剪下料。而且，现有锻造加热用中频感应器最小规格为φ50，加热的最小料段规格为φ40，若直接用这样的感应器加热，不仅动能空耗巨大，上料和推料也存在技术困难。所以此类锻件，在现有设备条件下无法单独生产，具体如表I所示。
表I
| 序号 | 型号 | 材料 | 规格 | 下料重量(Kg) |
| 1 | NP422278/01 | G-GCr15 | 33 | 0.286 |
| 2 | NP118297/02 | G-GCr15 | 32 | 0.313 |
| 3 | Y32010XM/01 | G-GCr15 | 32 | 0.295 |
| 4 | KLM503310/01 | G-GCr15 | 30 | 0.263 |
| 5 | KLM503349/02 | G-GCr15 | 32 | 0.316 |
| 6 | BT1-0343D-Q 01 | G-GCr15 | 33 | 0.326 |
| 7 | BT1-0343A-Q/02 | G-GCr15 | 28 | 0.190 |
| 8 | LM48510/01 | G-GCr15 | 30 | 0.232 |
| 9 | LM48548AS/02 | G-GCr15 | 30 | 0.219 |
| 10 | M88010/01 | G-GCr15 | 33 | 0.319 |
| 11 | M88048/02 | G-GCr15 | 30 | 0.263 |
| 12 | LM67010/01 | G-GCr15 | 28 | 0.183 |
| 序号 | 型号 | 材料 | 规格 | 下料重量(Kg) |
| 13 | LM67048/02 | G-GCr15 | 28 | 0.176 |
目前，该类型产品普遍采用异型套锻生产投料，即用其他大型普通民用产品的零件作为母体进行套锻外贸出口的中、小英制圆锥产品零件。这种生产方式，相对于外贸出口产品的高规格材料，作为普通民用产品的母体零件，显然增加了生产成本，也给均衡生产带来了诸多不便。更为重要的是，原材料诸多缺陷如疏松、带状组织等一般分布在棒材心部，很容易留在子体零件上，增加了外贸出口产品的质量风险。
另外，由于该类产品锻件的内圈分套重量远大于外圈重量，利用现行异型套锻设计原理完成该类锻件内外圈同时生产几乎是不可能。
发明内容
本发明的目的就是针对上述不足之处而提供一种套塔复合锻造工艺和小辗压比辗扩工艺相结合，材料利用率高、生产效率较高、适合批量中、小型英制圆锥轴承内外圈同时生产的制造方法。
本发明的技术解决方案是：一种中小型英制圆锥轴承套塔复合锻造内外同套工艺，其特征在于：
(1)把重量在0.320～1.200千克、直径在φ35～φ50的GCr15钢料段在中频感应炉上加热至1050℃，然后把该加热料段在压力机上镦粗、复合挤压成形、分套，分离为轴承外套毛坯和轴承内套毛坯两部分；其中，复合挤压成形是指在由上模和凹模所构成的上半部封闭式结构和由凹模和下模所构成的下半部开式结构中进行的闭式复合挤压；
(2)把外套毛坯在扩孔机上辗扩，直接冷却后成为同一套小型英制圆锥轴承外套锻件，或者再在压力机上整径，冷却后成为同一套中型英制圆锥滚子轴承外套锻件；其中，锻件的辗压比(锻件辗扩前后内径比值)在1.1～1.4之间，扩孔机上加大辗压滚直径2-3mm、减小推力滚推力角度3-5°、加深辗压轮深度0.5mm；
(3)把内套毛坯放在压力机上再镦粗、挤压、穿孔，冷却后成为英制圆锥轴承内套锻件。
本发明的技术解决方案中所述的GCr15钢料段是在KGPS-300中频感应炉上加热至1050℃的。
本发明的技术解决方案中所述的加热料段是在J31-400压力机上镦粗、复合挤压成形、分套的挤压、穿孔的。
本发明的技术解决方案中所述的外套毛坯是在D51-160扩孔机上辗扩的。
本发明的技术解决方案中所述的外套毛坯在扩孔机上辗扩后是在J31-160压力机上整径的。
本发明的技术解决方案中所述的内套毛坯是在J31-250或者J31-400压力机上镦粗、挤压、穿孔的。
经过集思广益打破常规进行方案设计，对比套锻和塔锻的优缺点，本发明首次采用一种新型套塔复合锻造新工艺技术和一种新型小辗压比辗扩工艺技术，完成了产品的加热、下料、成型、分套、辗扩、整径等各工序的技术匹配，实现了内外套圈的同步生产。本发明主要技术特点和创新点是采用一种新型套塔复合锻造工艺技术和一种新型小辗压比辗扩工艺技术，实现了中、小型英制圆锥轴承内、外圈同步生产。本发明主要用于中、小型英制圆锥轴承内外圈同时生产，应用前景广阔，技术经济效果显著。
对小型英制圆锥
本发明工艺流程如下：
对中型英制圆锥
本发明工艺流程如下
附图说明
图1为本发明的小型英制圆锥产品套塔复合锻造内外同套工艺流程示意图；
图2为本发明的中型英制圆锥产品套塔复合锻造内外同套工艺流程示意图；
图3为本发明坯料镦粗示意图；
图4为本发明毛坯复合挤压示意图；
图5为本发明内外圈锻件分套示意图；
图6为本发明外圈锻件辗扩示意图；
图7为本发明外圈锻件整径示意图。
具体实施方式
加热工序：采用中频感应电加热、辅助红外线加热温度控制，实现棒料连续加热和监控。
中频感应电加热的原理是利用金属的“集肤“效应，在感应器内通入交变电流产生交变磁场，在其作用下，金属坯料内部便产生了交变涡流，由于涡流发热和磁化发热，便直接将金属坯料加热，从而避免金属坯料加热温度不均的问题。其加热速度快、氧化烧损少(烧损率5‰)，加热质量好且非常稳定，易于实现自动化。
红外线加热温度控制原理是：在出料口设置一个感温探头，接受温度信号，通过传感器将温度信号转换成电信号，再将锻造温度时时动态地反映在温度数显仪上，实现加热温度的连续监控。
实施套塔复合锻造内外同套工艺后，下料重量在0.320～1.200千克之间、直径在φ35～φ50之间，均能在现有棒料剪下料，在现有锻造中频感应器加热，彻底解决单干生产无法在现有棒料剪下料、在现有锻造频感应器中加热的问题。
挤压工序：挤压工序包括镦粗、挤压、分套三个工步。
镦粗工步：镦粗是使加热的坯料在上镦和下镦作用下高度减少而横截面增大，去除锻造氧化、为下一步挤压工步的制坯做准备。根据金属塑性成形原理，由于在镦粗时体积不变，只要坯料重量一定，则控制好料饼外径即可，即料饼外径＝凹模内径-0.5，就可保证成型分套的需要。坯料镦粗示意图见图3，1-上镦2-坯料3-下镦。
挤压工步：主要为下一步内圈分料和外圈辗扩做好准备。此工步既要保证外圈锻件有足够辗压比(锻件辗扩前后内径比值大于1.2以上)，又要保证内圈锻造料重(内圈锻件和料芯合重)、分套后的料饼有一定的镦粗比(料饼外径小于内圈锻件镦粗外径5mm以上)，同时外圈锻件辗扩尺寸及外观质量稳定可控，所以，这一工步也是工艺设计难点所在。
由于该类产品内圈锻件分套重量远大于外圈重量，所以按照现行异型套锻设计方法设计，必然会因分套冲头过粗、分套料饼高度过高等原因，带来外圈因辗压比小而无法辗扩或内圈分套重量无法保证等问题。本次工艺设计时，采用一种新型套塔复合锻造新工艺。新工艺采用了闭式复合挤压技术，具体是对上模和凹模所构成的上半部结构进行了封闭式设计，对凹模和下模所构成的下半部结构进行了开式设计。根据金属流动最小阻力定律，上半部金属由于上半部结构是封闭式无法向上流动只能向下流动，从而保证小辗压比辗扩外圈所需一种在闭式挤压下的合理规则形状和内圈分套锻件的重量。毛坯套塔复合挤压示意图见图4，4-上模5-锻件6-凹模7-下模。
分套工步：分套是挤压工步的后序工序，其作用是把内套坯料从外套坯料分离出来。分套工步的关键是防止内套坯料分离时坯料上端面带毛刺，见图5。因为当内套坯料上端面带毛刺，会在以后的镦粗和成型工序产生锻造折叠，毛刺形成的原因是分套时坯料上端面R部分遗留金属未被分套冲穿掉。通过把挤压工步的上模的根部参与变形的R角度由于R1变大为R3，可有效消除内套坯料上端面的毛刺。圆锥轴承内外套锻件分套示意图见图5，8-分套冲9-外套坯料10-分套模11-内套坯料。
辗扩工序：辗扩工序是挤压、分套后一种后序工序，目的是要求外圈毛坯在辗压轮和辗压滚组成的封闭式结构里在推力滚推力作用下壁厚由厚变薄，最后达到所要求的形状。本工序采用一种新型小辗压比辗扩工艺技术。小辗压比辗扩工艺技术就是在锻件的辗压比(锻件辗扩前后内径比值)在1.1～1.4进行辗压扩孔变形。因为锻件在辗压比小于1.4的情况下，锻件的塑性变形相对于在辗压比大于1.4的情况下要少得多，生产过程中很容易产生凹心、充不满、滚道毛刺、压伤等多种缺陷，并且其椭圆、锥度等形位公差很难控制在工艺范围内。锻件凹心、充不满、滚道毛刺、压伤等多种缺陷，都是毛坯形状不规则造成的，因此只要毛坯有一种合理的规则的形状，就可解决上述多种缺陷。经过上述挤压工步的新型套塔复合挤压，有效地解决了上述毛坯形状规则的问题。对椭圆、锥度等形位公差超工艺现象，经过加大辗压滚直径2-3mm、减小推力滚推力角度3-5°、加深辗压轮深度0.5mm等措施，加上在辗扩工序之后一道整径工序，有效地解决了上述形位公差超工艺现象。圆锥轴承外套锻件辗扩示意图见图6，12-辗压轮13-辗压滚14-推力滚15-外套坯料16-信号滚。
整径工序：整径工步为最终锻件成型的工步，直接影响锻件的最终尺寸。其中锻件热后收缩量的设计直接决定锻件的最终尺寸。经过辗扩工序后锻件的温度在850-900°之间，热后收缩量控制在锻件冷尺寸的1.008-1.010倍之间即可。圆锥轴承外套锻件整径示意图见图7，17-上模18-凹模19-锻件20-下模。
工艺参数的选取及对比分析：
对一些外径大于90mm中型英制圆锥产品进行了减留整径，如LM806649/10套锻，新工艺较原单干工艺，锻件重量进行了精减，形位公差进行了压缩。
(1)外径、高度公差平均压缩42.3％，形位公差平均压缩44％。因此锻件精度得到了大幅度的优化，加工水平上了一个大台阶，见表II。
表II
(2)实施内、外圈同时生产后，下料重量在0.320千克以上，棒料直径在φ35以上，能在现有棒料剪下料，在现有锻造中频感应器加热，彻底解决单干生产无法在现有棒料剪下料、无法在现有锻造中频感应器加热的问题，见表III。
表III
(3)实施内、外圈同步生产后，较以往单独生产，产品材料利用率由原来单干时的平均36.8％，提高到现在的平均41.2％，材料利用率平均提高了4.4个百分点，见表IV。
表IV
(4)实施内、外圈同步生产后，单套平均节材达0.065Kg。以LM806649/10为例，2008年11月份，该产品共计生产锻件20414套，相比原来单干投料，共计节材1.224吨。以每月计划数量6万计算，仅此产品，每月可节约3.9吨高规格G-GCr15钢材，全年就可节约46.8吨高规格钢材，价值近26.4万元。
(5)实施内、外圈同套后，以往异型套锻成本增加的问题得到彻底解决。按实际投料数3万套，可节省7518E/02、7311E/01等产品高规格材料69.99吨，见表III。以每月计划数量3万套计算，全年可节省高规格钢材840吨，按高规格钢材与普通材料价差每吨400元计算，价值近33.6万元。
表V
(6)实施内、外圈同套后，避免了异型套锻生产时原材料致命缺陷如心
部疏松、带状组织对实体零件带来的质量风险和威胁。
(7)实施内、外圈同套后，内、外圈产品同步生产，同步提交，有效避免了掉队产品的产生，下工序合套率也得到了保证。
Claims (6)
1.一种中小型英制圆锥轴承套塔复合锻造内外同套工艺，其特征在于：
(1)把重量在0.320～1.200千克、直径在φ35～φ50的GCr15钢料段在中频感应炉上加热至1050℃，然后把该加热料段在压力机上镦粗、复合挤压成形、分套，分离为轴承外套毛坯和轴承内套毛坯两部分；其中，复合挤压成形是指在由上模和凹模所构成的上半部封闭式结构和由凹模和下模所构成的下半部开式结构中进行的闭式复合挤压。
(2)把外套毛坯在扩孔机上辗扩，直接冷却后成为同一套小型英制圆锥轴承外套锻件，或者再在压力机上整径，冷却后成为同一套中型英制圆锥滚子轴承外套锻件；其中，锻件的辗压比在1.1～1.4之间，扩孔机上加大辗压滚直径2-3mm、减小推力滚推力角度3-5°、加深辗压轮深度0.5mm；
(3)把内套毛坯放在压力机上再镦粗、挤压、穿孔，冷却后成为同一套英制圆锥轴承内套锻件。
2.根据权利要求1所述的一种中小型英制圆锥轴承套塔复合锻造内外同套工艺，其特征在于：所述的GCr15钢料段是在KGPS-300中频感应炉上加热至1050℃的。
3.根据权利要求1或2所述的一种中小型英制圆锥轴承套塔复合锻造内外同套工艺，其特征在于：所述的加热料段是在J31-400压力机上镦粗、复合挤压成形、分套的。
4.根据权利要求1或2所述的一种中小型英制圆锥轴承套塔复合锻造内外同套工艺，其特征在于：所述的外套毛坯是在D51-160扩孔机上辗扩的。
5.根据权利要求1或2所述的一种中小型英制圆锥轴承套塔复合锻造内外同套工艺，其特征在于：所述的外套毛坯在扩孔机上辗扩后是在J31-160压力机上整径的。
6.根据权利要求1或2所述的一种中小型英制圆锥轴承套塔复合锻造内外同套工艺，其特征在于：所述的内套毛坯是在J31-250或者J31-400压力机上镦粗、挤压、穿孔的。
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